[论文解读] SINR-based coverage probability in cellular networks under multiple connections

Holger Paul Keeler, Bartłomiej Błaszczyszyn+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2013

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 17被引用 5

一句话总结

本文推导了在具有路径损耗和阴影衰落的泊松点过程模型下，多个连接的蜂窝网络中SINR覆盖概率的显式、数值可计算的积分表达式。该研究在全SINR范围内（包括SINR < 1）提供了精确结果，支持多连接与多重覆盖的分析，扩展了Dhillon等人（2012年）的前期工作。

ABSTRACT

We give numerically tractable, explicit integral expressions for the distribution of the signal-to-interference-and-noise-ratio (SINR) experienced by a typical user in the down-link channel from the k-th strongest bases stations of a cellular network modelled by Poisson point process on the plane. Our model comprises power-low path-loss model with arbitrarily distributed shadowing, with and without Rayleigh fading. Our results are valid in the whole domain of SINR, in particular for SINR<1, where one observes multiple coverage. In this latter aspect our paper complements previous studies reported in [Dhillon et al. JSAC 2012].

研究动机与目标

• 对用户连接至第k个最强基站的下行链路蜂窝网络中的SINR分布进行建模与分析。
• 考虑路径损耗、任意分布的阴影衰落和瑞利衰落等实际传播效应。
• 将现有覆盖分析扩展至SINR < 1的区域，此时多个基站提供覆盖。
• 提供在整个SINR域内有效的数值可计算表达式。
• 补充Dhillon等人（2012年）的工作，后者集中于单连接场景且SINR ≥ 1。

提出的方法

• 将网络建模为平面的齐次泊松点过程，以表示基站位置。
• 采用幂律路径损耗模型，结合任意分布的阴影衰落和瑞利衰落，描述传播损耗。
• 推导第k个最强基站链路的SINR累积分布函数（CDF）。
• 利用随机几何技术，推导SINR分布的显式积分表达式。
• 通过将覆盖概率表示为单重积分，确保数学上的可计算性，该积分可进行数值求解。
• 在全SINR范围内验证该方法，包括SINR较低、多个连接活跃的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在泊松分布的蜂窝网络中，当用户连接至第k个最强基站时，SINR覆盖概率能否实现显式解析表达？
• RQ2 路径损耗、阴影衰落和瑞利衰落对多连接场景中SINR分布有何影响？
• RQ3 当SINR < 1时，即多个基站提供覆盖时，覆盖概率的行为如何？
• RQ4 能否在全SINR范围内推导出SINR CDF的闭式或数值可计算表达式？
• RQ5 所提出的模型如何扩展或改进以往仅限于SINR ≥ 1区域的研究结果？

主要发现

• 本文推导出在全SINR范围内（包括SINR < 1）有效的显式、数值可计算的SINR覆盖概率积分表达式。
• 所推导的表达式可处理任意阴影衰落分布，使其适用于真实网络场景。
• 通过分析第k个最强基站，模型捕捉了多连接的影响，支持多连接分集增益的分析。
• 结果对衰落和路径损耗模型具有鲁棒性，且具有明确的数学表达式，可高精度地进行数值计算。
• 该方法扩展了Dhillon等人（2012年）的工作，为SINR较低、出现多重覆盖的区域提供了分析工具。
• 所推导的表达式可在包含阴影衰落和瑞利衰落的真实传播条件下，精确评估覆盖性能。