[논문 리뷰] Serving Distance and Coverage in a Closed Access PHP-Based Heterogeneous Cellular Network

Zeinab Yazdanshenasan, Harpreet S. Dhillon외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 10.

Advanced MIMO Systems Optimization참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 배경 매크로셀 주변에 배제 영역을 가진 소셀의 배치를 모델링하기 위해 포아송 홀 프로세스(Poisson Hole Process, PHP)를 사용하여 이중 티어 폐쇄형 액세스 이종 셀룰러 네트워크에서의 다운링크 커버리지에 대한 분석적 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크는 근접 간섭 구조를 유지하면서도 원거리 간섭을 단순화함으로써 기존의 근사치보다 훨씬 정확도가 높은 서비스 거리 및 커버리지 확률에 대한 날카운 경계를 도출한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 이종 셀룰러 네트워크에서 이중 티어 간 공간 분리가 있는 경우에 대한 서비스 거리 및 커버리지에 대한 정확한 분석 모델의 부족을 해결하기 위해.
• 광범위한 시스템 파rameter 범위에서 실패하는 기존 근사치(예: PPP, Weibull 피팅)의 한계를 극복하기 위해.
• 두 티어의 간섭을 정확히 모델링함으로써 폐쇄형 액세스 PHP 기반 HCN의 커버리지 확률에 대한 엄밀한 프레임워크를 개발하기 위해.
• 더 복잡한 공동 셀 선택을 수반하는 개방형 액세스 시나리오로의 분석 확장을 위한 기반을 마련하기 위해.

제안 방법

• 매크로셀 위치를 동질적 포아송 점 프로세스(Homogeneous Poisson Point Process, PPP)로 모델링하고, 소셀 위치를 각 매크로셀 주변에 반경 D의 홀이 있는 포아송 홀 프로세스(Poisson Hole Process, PHP)로 모델링한다.
• 근접한 PHP 점까지의 거리 분포에 대해 날카운 경계를 도출하여 정확도를 높이기 위해 국소적 이웃 구조를 유지한다.
• 스토케스틱 기하학 도구를 사용하여 매크로셀 및 소셀에서 오는 간섭의 라플라스 변환을 계산하며, 배제 영역을 고려한다.
• 근접한 매크로셀과 소셀까지의 서비스 거리 조건 하에 커버리지 확률의 하한 및 상한 경계를 개발한다.
• 기존의 샷노이즈 분석에 대한 일반화된 접근법을 적용하여 정확도를 유지하면서도 해석 가능성 확보.
• 유도된 분포를 사용하여 서비스 거리에 대한 조건부 제거를 수행하여 총합 커버리지 확률을 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 배제 영역이 있는 PHP 기반 HCN에서 근접한 소셀까지의 서비스 거리 분포는 어떻게 정확하게 특성화할 수 있는가?
• RQ2 PHP 기반 소셀 배치를 가진 폐쇄형 액세스 이중 티어 HCN에서 근접한 소셀에 의해 서비스를 받는 일반 사용자의 커버리지 확률은 무엇인가?
• RQ3 일반 사용자가 근접한 매크로셀에 의해 서비스를 받을 경우 커버리지 확률은 어떻게 변화하는가?
• RQ4 배제 영역이 PHP 기반 HCN에서 간섭 모델링 및 커버리지 성능에 미치는 영향은 표준 PPP 모델 대비 어떻게 다를까?
• RQ5 곡선 피팅이나 밀도 기반 근사치에 의존하지 않고도 커버리지 확률에 대한 날카운 분석 경계를 유도할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 근접한 PHP 점까지의 서비스 거리 경계는 광범위한 시스템 파rameter 범위에서 매우 날카로운 경계를 보이며, 기존의 근사치보다 뛰어난 성능을 보인다.
• 근접한 소셀에 의해 서비스를 받는 사용자의 커버리지 확률은 배제 영역과 조건부 서비스 거리를 고려한 새로운 간섭 모델을 사용하여 경계가 설정된다.
• 커버리지 확률의 하한 경계는 서비스 범위 외부의 소셀 티어 간섭자와 함께 가장 가까운 매크로셀의 효과적 간섭을 포함한다.
• 커버리지 확률의 상한 경계는 홀 유도 배제로 인해 소셀 간섭이 감소함을 고려하여 더 정확한 간섭 추정치를 반영한다.
• 수치적 비교를 통해 유도된 경계가 날카로운 것으로 입증되었으며, 덜 정확한 근사치 대신 사용 가능함을 확인하였다.
• 이 프레임워크는 폐쇄형 액세스 HCN의 정확한 분석을 가능하게 하며, 공동 셀 선택이 복잡한 개방형 액세스 시나리오로의 확장을 위한 기반을 제공한다. 이는 향후 연구의 초점으로 남아 있다.