[論文レビュー] Uplink and Downlink Performance Bounds for Full Duplex Cellular Networks

Askar Mandali Kundu, Rudrashish Pal+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2020

Full-Duplex Wireless Communications参考文献 15被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、ユーザー-基地局の配置をマーテンクラスタープロセスでモデル化し、上行リンクで分数電力制御を適用することで、フルデュプレックス（FD）セルラー網における上行リンクおよび下行リンクの性能を分析している。FDは下行リンクレートを向上させるが、共周波数干渉のため上行リンク性能が著しく劣化する。本稿では、低出力基地局の高密度配置がこのトレードオフを緩和できることを提案している。

ABSTRACT

With Full Duplex (FD), wireless terminal is capable of transmitting and receiving data simultaneously in the same frequency resources, however, it introduces self interference and co-channel interference. Even though various signal processing techniques are emerged to cancel the self interference, the bottleneck for FD performance in cellular systems is the co-channel interference from the other uplink and downlink signals. In this work we have studied both the uplink and downlink performances of a FD cellular network, where users employ fractional power control in uplink. We use Matern Cluster Process to model the network, which provides a tractable and realistic model to characterize the user-base station distances which are needed for uplink power control. Based on the obtained coverage probabilities, rates and their robust approximations, we show that while FD improves downlink performance, it severely hurts the uplink performance. Also, we provide a trade-off between uplink and downlink performances. Our study suggests dense deployment of low power base stations can improve the performance of FD system.

研究の動機と目的

• フルデュプレックスセルラー網における上行リンクと下行リンクの性能トレードオフを評価すること。
• 上行リンク電力制御の正確な実装を可能にするために、マーテンクラスタープロセスを用いて現実的なユーザー-基地局距離分布をモデル化すること。
• FDシステムにおける共周波数干渉が上行リンクおよび下行リンクレートに与える影響を定量すること。
• 上行リンクの性能劣化を軽減する同時に入れながら下行リンクの利点を維持できる展開戦略を同定すること。

提案手法

• ユーザーおよび基地局の空間的分布を現実的に捉えるために、セルラー網をマーテンクラスタープロセスでモデル化すること。
• ユーザーでの分数電力制御を適用し、サービス基地局までの距離に応じた上行リンク送信電力を管理すること。
• スティッチアスティック幾何学を用いて、上行リンクおよび下行リンクにおけるカバレッジ確率およびスペクトル効率の閉形式表現を導出すること。
• ネットワークの密度化および干渉状態の変化に応じたシステム性能を分析するための取り扱いやすい近似を用いること。
• さまざまな展開シナリオにおけるカバレッジおよびレート指標を比較することで、上行リンクと下行リンクの性能トレードオフを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フルデュプレックス動作は、セルラー網における上行リンクおよび下行リンクのカバレッジ確率およびスペクトル効率にどのように影響するか？
• RQ2 自己干渉キャンセレーションが施されているにもかかわらず、共周波数干渉がFDシステムの上行リンク性能にどの程度劣化をもたらすか？
• RQ3 マーテンクラスタープロセスでモデル化されたユーザーおよび基地局の空間的分布は、上行リンク電力制御およびシステム性能にどのように影響するか？
• RQ4 現実的な展開条件下でのFDネットワークにおいて、上行リンクと下行リンクの性能にどのようなトレードオフが生じるか？
• RQ5 低出力基地局の高密度配置は、FDセルラーシステム全体の性能バランスを向上させることができるか？

主な発見

• フルデュプレックス動作により、同じ周波数で同時送受信が可能になるため、下行リンクの性能が向上する。
• 自己干渉キャンセレーションが施されていなくても、共周波数干渉のため上行リンク性能が著しく劣化し、FDシステムにおける主なボトルネックとなる。
• マーテンクラスタープロセスは、ユーザー-基地局距離を現実的かつ取り扱いやすいモデルとして提供し、正確な上行リンク電力制御および性能評価を可能にする。
• 上行リンクと下行リンクの性能に顕著なトレードオフが存在し、下行リンクの向上が上行リンクの劣化と相殺される。
• 低出力基地局の高密度配置により、上行リンクの性能劣化を効果的に緩和でき、全体のシステム性能が向上する。