[논문 리뷰] Generalized Carrier to Interference Ratio Analysis for the Shotgun Cellular System

Prasanna Madhusudhanan, Juan G. Restrepo외 3명|arXiv (Cornell University)|2010. 02. 21.

Advanced MIMO Systems Optimization참고 문헌 11인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 1차원, 2차원 또는 3차원 공간에서 기지국 위치를 모델링하기 위해 포아송 점 프로세스를 사용하여 샷건 셀룰러 시스템에 대한 일반화된 SINR 분석을 제안한다. 임의의 fading 및 path-loss 모델 하에서 반분석적 커버리지 확률 표현식을 유도하며, 간섭이 지배적인 동질적 환경에서 거리 제곱 법칙에 따른 경로 손실이 존재할 경우, SINR 분포가 fading 및 기지국 밀도에 영향을 받지 않는다는 것을 밝혀낸다.

ABSTRACT

In this paper, we analyze the signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) performance at a mobile station (MS) in a random cellular network. The cellular network is formed by base-stations (BSs) placed in a one, two or three dimensional space according to a possibly non-homogeneous Poisson point process, which is a generalization of the so-called shotgun cellular system. We develop a sequence of equivalence relations for the SCSs and use them to derive semi-analytical expressions for the coverage probability at the MS when the transmissions from each BS may be affected by random fading with arbitrary distributions as well as attenuation following arbitrary path-loss models. For homogeneous Poisson point processes in the interference-limited case with power-law path-loss model, we show that the SINR distribution is the same for all fading distributions and is not a function of the base station density. In addition, the influence of random transmission powers, power control, multiple channel reuse groups on the downlink performance are also discussed. The techniques developed for the analysis of SINR have applications beyond cellular networks and can be used in similar studies for cognitive radio networks, femtocell networks and other heterogeneous and multi-tier networks.

연구 동기 및 목표

• 비동질 포아송 점 프로세스에 의해 분포하는 기지국을 갖는 무작위 셀룰러 네트워크에서의 SINR 성능 분석.
• 임의의 페이딩 분포 및 경로 손실 모델 하에서 커버리지 확률에 대한 반분석적 표현식 유도.
• 무작위 전송 전력, 전력 제어 및 다중 채널 재사용 그룹이 다운링크 성능에 미치는 영향 조사.
• 간섭이 지배적인 동질적 네트워크에서 거리 제곱 법칙에 따른 경로 손실이 존재할 경우, SINR 분포가 페이딩 및 기지국 밀도에 영향을 받지 않는다는 것을 입증.
• 셀룰러 네트워크를 초월하여 인지 무선 및 페트로셀 네트워크 등에 적용 가능한 분석 기법 개발.

제안 방법

• 1차원, 2차원 또는 3차원에서 일반 포아송 점 프로세스를 활용해 기지국 위치 모델링.
• 무작위 네트워크에서 SINR 분석을 단순화하기 위해 샷노이즈 프로세스 간의 등가 관계 활용.
• 간섭 전력에 라플라스 변환 기법을 적용하여 커버리지 확률에 대한 반분석적 표현식 유도.
• 거리 제곱 법칙에 따른 경로 손실 및 임의의 페이딩 분포를 갖는 간섭 지배 시나리오에 결과 적용.
• 무작위 전송 전력, 전력 제어 및 다중 채널 재사용 그룹을 포함한 프레임워크 확장.
• 동질적이고 간섭이 지배적인 설정에서 다양한 페이딩 모델 하에서 SINR 분포의 불변성 검증.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기지국이 1차원, 2차원 또는 3차원 공간에서 포아송 점 프로세스에 의해 분포하는 무작위 셀룰러 네트워크에서 SINR 분포는 어떻게 행동하는가?
• RQ2 이러한 네트워크에서 임의의 페이딩 및 경로 손실 모델이 커버리지 확률에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 거리 제곱 법칙에 따른 경로 손실이 존재하는 간섭 지배적이고 동질적인 네트워크에서 다양한 페이딩 분포 하에서도 SINR 분포는 동일한가?
• RQ4 무작위 전송 전력과 전력 제어는 제안된 모델에서 다운링크 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 유도된 분석 기법이 인지 무선 또는 다이어터리 네트워크와 같은 다른 네트워크 유형으로 얼마나 일반화될 수 있는가?

주요 결과

• 간섭이 지배적이고 동질적인 포아송 네트워크에서 거리 제곱 법칙에 따른 경로 손실이 존재할 경우, SINR 분포는 페이딩 분포 및 기지국 밀도에 영향을 받지 않는다.
• 유도된 커버리지 확률 표현식은 반분석적이며 임의의 경로 손실 모델 및 페이딩 분포에 대해 유효하다.
• 샷노이즈 프로세스 간의 등가 관계를 통해 복잡한 무작위 네트워크 구조에서의 SINR 분석을 단순화할 수 있다.
• 이 프레임워크는 페트로셀 및 인지 무선 시스템을 포함한 이질적 및 다이어터리 네트워크에 적용 가능하다.
• 무작위 전송 전력과 다중 채널 재사용 그룹은 최소한의 구조적 변경으로 분석에 통합할 수 있다.
• 간섭 지배적 설정에서 페이딩에 따른 SINR 분포의 불변성은 특정 페이딩 모델에 관계없이 강력한 결과로 유지된다.