[論文レビュー] On the Asymptotic Behavior of Ultra-Densification under a Bounded Dual-Slope Path Loss Model

Yanpeng Yang, Jihong Park+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2017

Optimal Power Flow Distribution参考文献 10被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、上限付き二重勾配路損失モデルと部分的負荷を用いて、超密なネットワーク（UDN）の漸近的性能を分析し、ダウンリンクの覆い確率およびエリアスペクトル効率（ASE）について積分表現および閉形式の式を導出する。両者の覆い確率およびASEは、ユーザー機器（UE）密度が無限大でない限り、非ゼロの極限に収束することを示し、近距離干渉の影響により高UE密度下でU字型の覆い傾向を示すことが明らかになった。これは、単純化されたモデルによる過大評価を是正するものである。

ABSTRACT

In this paper, we investigate the impact of network densification on the performance in terms of downlink signal-to-interference (SIR) coverage probability and network area spectral efficiency (ASE). A sophisticated bounded dual-slope path loss model and practical user equipment (UE) densities are incorporated in the analysis, which have never been jointly considered before. By using stochastic geometry, we derive an integral expression along with closed-form bounds of the coverage probability and ASE, validated by simulation results. Through these, we provide the asymptotic behavior of ultra-densification. The coverage probability and ASE have non-zero convergence in asymptotic regions unless UE density goes to infinity (full load). Meanwhile, the effect of UE density on the coverage probability is analyzed. The coverage probability will reveal an U-shape for large UE densities due to interference fall into the near-field, but it will keep increasing for low UE densites. Furthermore, our results indicate that the performance is overestimated without applying the bounded dual-slope path loss model. The derived expressions and results in this work pave the way for future network provisioning.

研究の動機と目的

• 超密なネットワーク（UDN）におけるダウンリンクの信号対干渉比（SIR）覆い確率およびエリアスペクトル効率（ASE）の漸近的挙動を分析すること。
• 従来一緒に検討されていなかった、上限付き二重勾配路損失モデルと実用的なユーザー機器（UE）密度を同時に組み込むこと。
• 部分的負荷（すなわち、非アクティブなBS）がUDNにおける覆いおよびスペクトル効率に与える影響を調査すること。
• 簡略化されたモデルによる性能過大評価を是正するため、結果をシミュレーションと照合して検証すること。
• 現実的な伝搬および負荷条件下で、覆い確率およびASEの数値的に取り扱いやすい式および閉形式の境界を提供すること。

提案手法

• 基地局（BS）およびUEの位置を独立したポアソン点過程としてモデル化し、確率的幾何学的手法を用いる。
• 近距離（小距離）路損失を指数αc < αで、遠距離路損失を指数α > 2で表す上限付き二重勾配路損失モデルを導入する。
• 各UEに最も近いBSのみがアクティブである部分的負荷モデルを適用し、実際のUDN運用を反映する。
• ラプラス変換技術を用いて、上限付き二重勾配路損失モデル下での覆い確率の積分表現を導出する。
• 距離領域を3つに分割（近距離、遷移域、遠距離）して積分を分解し、覆い確率およびASEの閉形式の上界および下界を提供する。
• ASEの漸近的スケーリング則を確立し、基地局密度が高い場合にλb*exp(−λb*πcT)とスケーリングすることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 上限付き二重勾配路損失と部分的負荷の組み合わせが、超密なネットワークにおける漸近的SIR覆い確率に与える影響は何か？
• RQ2 現実的な路損失および負荷モデル下で、エリアスペクトル効率（ASE）の漸近的挙動はいかなるものか？
• RQ3 ユーザー機器（UE）密度は、特に高密度領域において覆い確率にどのように影響を与えるか？
• RQ4 上限付き路損失や部分的負荷を含まない簡略化されたモデルを用いる場合、性能指標はどの程度過大評価されるか？
• RQ5 提案されたモデル下で、覆い確率およびASEの閉形式の境界および数値的に取り扱いやすい式は何か？

主な発見

• 基地局密度が増加する際、UE密度が無限大に近づかない限り、覆い確率およびASEは非ゼロかつ有限の極限に収束する。
• 高UE密度下では、近距離干渉の増加により覆い確率がU字型の傾向を示すが、これは低密度下で観察される単調増加とは対照的である。
• 上限付き二重勾配路損失モデルにより、短距離での不切実な信号増幅が防止され、非上限モデルによる過大評価が是正される。
• 部分的負荷モデルにより、ASEは漸近的にλb*exp(−λb*πcT)とスケーリングする。ここでcTは路損失パラメータおよびSIRの目標閾値に依存する関数である。
• 覆い確率およびASEの閉形式の上界および下界が導出され、効率的な数値評価が可能になる。
• 結果から、上限付き路損失および二重勾配路損失の効果が、漸近的領域において部分的負荷の利点を完全に相殺することが明らかになった。その結果、非ゼロの値で覆い確率が飽和する。