[論文レビュー] Serving Distance and Coverage in a Closed Access PHP-Based Heterogeneous Cellular Network

Zeinab Yazdanshenasan, Harpreet S. Dhillon+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2017

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、排除領域を有するマクロセル周辺のスモールセル配置をモデル化するためのPoisson Hole Process (PHP)を用いて、2ティア閉鎖型異種無線セルラーネットワークにおけるダウンリンクカバレッジの取り扱い可能な解析的フレームワークを提案する。通信距離およびカバレッジ確率のきつい上限・下限を導出することで、遠方干渉を単純化しつつ局所的干渉構造を保持することにより、従来の近似手法に比べて著しく高い精度を実現する。

ABSTRACT

Heterogeneous cellular networks (HCNs) usually exhibit spatial separation amongst base stations (BSs) of different types (termed tiers in this paper). For instance, operators will usually not deploy a picocell in close proximity to a macrocell, thus inducing separation amongst the locations of pico and macrocells. This separation has recently been captured by modeling the small cell locations by a Poisson Hole Process (PHP) with the hole centers being the locations of the macrocells. Due to the presence of exclusion zones, the analysis of the resulting model is significantly more complex compared to the more popular Poisson Point Process (PPP) based models. In this paper, we derive a tight bound on the distribution of the distance of a typical user to the closest point of a PHP. Since the exact distribution of this distance is not known, it is often approximated in the literature. For this model, we then provide tight characterization of the downlink coverage probability for a typical user in a two-tier closed-access HCN under two cases: (i) typical user is served by the closest macrocell, and (ii) typical user is served by its closest small cell. The proposed approach can be extended to analyze other relevant cases of interest, e.g., coverage in a PHP-based open access HCN.

研究の動機と目的

• ティア間空間的分離を有する異種無線セルラーネットワークにおける通信距離およびカバレッジの正確な解析的モデルの欠如に応えること。
• 広範なシステムパrameter範囲にわたり失敗する既存の近似手法（例：PPP、ワイブルフィッティング）の限界を克服すること。
• 両ティアからの干渉を正確にモデル化することで、閉鎖型PHPベースのHCNにおけるカバレッジ確率のきついフレームワークを構築すること。
• より複雑な共同セル選択を伴うオープンアクセス状況への拡張の基盤を提供すること。

提案手法

• マクロセルの位置をホモジニアス・ポアソン点過程（PPP）としてモデル化し、スモールセルの位置を、各マクロセルの周囲に半径Dのホールを設けたPoisson Hole Process（PHP）として定式化する。
• 最も近いPHP点までの距離の分布に対してきついバインディングを導出し、正確性を保つために局所的近隣構造を維持する。
• 確率幾何学的手法を用いて、マクロセルおよびスモールセルからの干渉のラプラス変換を計算し、排除領域を考慮する。
• 最も近いマクロセルおよびスモールセルまでの通信距離を条件として、カバレッジ確率の下限および上限を導出する。
• 射撃ノイズ解析における先行研究の一般化されたアプローチを適用し、正確性を維持しながら取り扱いやすさを確保する。
• 導出された分布を用いて通信距離のデコンディショニングを行い、全体のカバレッジ確率を算出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 排除領域を有するPHPベースのHCNにおいて、最も近いスモールセルまでの通信距離分布をどのように正確に特徴づけられるか？
• RQ2 PHPベースのスモールセル配置を有する閉鎖型2ティアHCNにおいて、最も近いスモールセルにサービスを受ける一般的なユーザーのカバレッジ確率は何か？
• RQ3 一般的なユーザーが最も近いマクロセルにサービスを受ける場合、カバレッジ確率はどのように変化するか？
• RQ4 排除領域がPHPベースのHCNにおける干渉モデルおよびカバレッジ性能に与える影響は、標準的なPPPモデルと比較してどう異なるか？
• RQ5 曲線フィッティングや密度ベースの近似に依存せずに、カバレッジ確率のきつい解析的バインディングを導出できるか？

主な発見

• 提案された最も近いPHP点までの通信距離バインディングは、広範なシステムパrameter範囲において極めてきついものであり、既存の近似手法を著しく上回る性能を示す。
• スモールセルにサービスを受けるユーザーのカバレッジ確率は、排除領域および条件付き通信距離を考慮した新規干渉モデルを用いてバインディングされる。
• カバレッジ確率の下限には、最も近いマクロセルおよびサービス範囲外のスモールセルティアからの有効干渉が組み込まれている。
• カバレッジ確率の上限には、ホール誘発によるスモールセルからの干渉低減が反映されており、より正確な干渉推定が可能となる。
• 数値比較を通じて、導出されたバインディングがきついことが確認され、精度の低い近似手法に代わって使用可能であることが実証された。
• このフレームワークにより、閉鎖型HCNの高精度な解析が可能となり、将来的な研究の対象であるより複雑なオープンアクセス状況への拡張の出発点を提供する。