We consider a receiving node, located at the origin, and a Poisson point process (PPP) that models the locations of the desired transmitter as well as the interferers. Interference is known to be non-Gaussian in this scenario. The capacity bounds for additive non-Gaussian channels depend not only on the power of interference (i.e., up to second order statistics) but also on its entropy power which is influenced by higher order statistics as well. Therefore, a complete statistical characterization of interference is required to obtain the capacity bounds. While the statistics of sum of signal and interference is known in closed form, the statistics of interference highly depends on the location of the desired transmitter. In this paper, we show that there is a tradeoff between entropy power of interference on the one hand and signal and interference power on the other hand which have conflicting effects on the channel capacity. We obtain closed form results for the cumulants of the interference, when the desired transmitter node is an arbitrary neighbor of the receiver. We show that to find the cumulants, joint statistics of distances in the PPP will be required which we obtain in closed form. Using the cumulants, we approximate the interference entropy power and obtain bounds on the capacity of the channel between an arbitrary transmitter and the receiver. Our results provide insight and shed light on the capacity of links in a Poisson network. In particular, we show that, in a Poisson network, the closest hop is not necessarily the highest capacity link.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제14권8호
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pp.3366-3383
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2020
The Poisson point process (PPP) is widely used in wireless network modeling and performance analysis because it can provide tractable results for heterogeneous cellular networks (HetNets) analysis. However, it cannot accurately reflect the spatial distribution characteristics of the actual base stations (BSs). Considering the fact that the distribution of macro base stations (MBSs) is exclusive, the deployment of MBSs is modeled by the Matérn hard-core point process (MHCPP), and the deployment of pico base stations (PBSs) is modeled by PPP. This paper studies the performance of multiantenna HetNets and improves the energy efficiency (EE) of HetNets by optimizing the transmit power of PBSs. We use a simple approximate method to study the signal-to-interference ratio (SIR) distribution in two-tier MHCPP-PPP HetNets and derive the coverage probability, average data rate and EE of HetNets. Then, an optimization algorithm is proposed to improve the EE of HetNets. Finally, three transmission technologies are simulated and analyzed. The results show that multiantenna transmission has better system performance than single antenna transmission and that selecting the appropriate transmit power for a PBS can effectively improve the EE of the system. In addition, two-tier MHCPP-PPP HetNets have higher EE than two-tier PPP-PPP HetNets.
CSMA/CA 기반 무선 네트워크에서 장치들은 패킷 충돌을 회피하기 위해 무선 채널을 타 장치가 사용 중인 것을 감지하면 데이터를 전송하지 않고 대기 (Backoff) 한다. 이 Backoff는 Contention Window (CW) 의 크기를 변경하고 Backoff 시간은 이 CW의 크기에 따라 확률적으로 결정된다. 따라서 CW의 크기는 무선 네트워크의 상태를 나타내는 중요한 지표가 될 수 있다. 본 논문에서는 상대적으로 넓은 공간에서 IEEE 802.11a 무선네트워크의 Access Point와 사용자들이 Poisson point process (PPP)를 기반으로 분포되어 Hidden Terminal이 존재할 수 있는 상황에서 CW의 크기 변화를 시뮬레이션을 통해 분석한다.
We consider a mobile content delivery network (mCDN) in which special mobile devices designated as caching servers (caching-server device: CSD) can provide mobile stations with popular contents on demand via device-to-device (D2D) communication links. On the assumption that mobile CSD's are randomly distributed by a Poisson point process (PPP), an optimization problem is formulated to determine the probability of storing the individual content in each server in a manner that minimizes the average caching failure rate. Further, we present a low-complexity search algorithm, optimum dual-solution searching algorithm (ODSA), for solving this optimization problem. We demonstrate that the proposed ODSA takes fewer iterations, on the order of O(log N) searches, for caching N contents in the system to find the optimal solution, as compared to the number of iterations in the conventional subgradient method, with an acceptable accuracy in practice. Furthermore, we identify the important characteristics of the optimal caching policies in the mobile environment that would serve as a useful aid in designing the mCDN.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권6호
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pp.1635-1656
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2023
In Bayesian multi-target tracking, the Poisson multi-Bernoulli mixture (PMBM) filter is a state-of-the-art filter based on the methodology of random finite set which is a conjugate prior composed of Poisson point process (PPP) and multi-Bernoulli mixture (MBM). In order to improve the random finite set-based filter utilized in multi-target tracking of sensor scanning, this paper introduces the Poisson multi-Bernoulli mixture filter into time-matching Bayesian filtering framework and derive a tractable and principled method, namely: the time-matching Poisson multi-Bernoulli mixture (TM-PMBM) filter. We also provide the Gaussian mixture implementation of the TM-PMBM filter for linear-Gaussian dynamic and measurement models. Subsequently, we compare the performance of the TM-PMBM filter with other RFS filters based on time-matching method with different birth models under directional continuous scanning and out-of-order discontinuous scanning. The results of simulation demonstrate that the proposed filter not only can effectively reduce the influence of sampling time diversity, but also improve the estimated accuracy of target state along with cardinality.
본 논문에서는 5세대 이동통신 네트워크에서 도입하고자하는 순차 간섭제거(Successive interference cancellation)를 채택한 비직교 다중화(Non-orthogonal multiple access) 시스템에 협동 릴레이를 채택하였을 경우의 시스템 성능을 유도하였다. 그동안의 연구는 단순히 지정된 릴레이를 대상으로 연구가 진행되었지만 본 논문에서는 최대-최소 릴레이 선택법을 적용한 기회전송 증가 릴레이 시스템의 오수신율을 해석적으로 분석하였다. 그리고 현실적인 이동통신 환경을 고려하여 릴레이는 균일 포아송 분포로 모델링하였고, 시스템의 성능을 더욱 개선하기 위하여 목적지에서 최대비 합성(Maximal ration combining)을 적용하였다. 수치적인 해석 결과 원/근 사용자 송신전력비가 클수록 오수신율이 개선되었으며, 직접 경로만 사용하여 정보를 전송하는 경우보다 릴레이를 사용한 협동 시스템의 성능이 항상 우수함을 나타내었다. 또한 포아송 밀도가 높을수록 공간 다이버시티 이득이 커지고 결국 성능이 개선됨을 확인하였다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제15권7호
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pp.2650-2667
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2021
In this paper, we derive the expression of the cache hitting probability with random caching policy and propose the joint optimization algorithm based on difference of convex algorithm (DCA) in the three-tier caching heterogeneous cellular network assisted by macro base stations, helpers and users. Under the constraint of the caching capacity of caching devices, we establish the optimization problem to maximize the cache hitting probability of the network. In order to solve this problem, a convex function is introduced to convert the nonconvex problem to a difference of convex (DC) problem and then we utilize DCA to obtain the optimal caching probability of macro base stations, helpers and users for each content respectively. Simulation results show that when the density of caching devices is relatively low, popular contents should be cached to achieve a good performance. However, when the density of caching devices is relatively high, each content ought to be cached evenly. The algorithm proposed in this paper can achieve the higher cache hitting probability with the same density.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제9권2호
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pp.483-503
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2015
This paper analyzes the optimal user density and power allocation for Device-to-Device (D2D) communication underlaying cellular networks on multiple bands with the target of maximizing the D2D transmission capacity. The entire network is modeled by Poisson point process (PPP) which based on stochastic geometry. Then in order to ensure the outage probabilities of both cellular and D2D communication, a sum capacity optimization problem for D2D system on multiple bands is proposed. Using convex optimization, the optimal D2D density is obtained in closed-form when the D2D transmission power is determined. Next the optimal D2D transmission power is obtained in closed-form when the D2D density is fixed. Based on the former two conclusions, an iterative algorithm for the optimal D2D density and power allocation on multiple bands is proposed. Finally, the simulation results not only demonstrate the D2D performance, density and power on each band are constrained by cellular communication as well as the interference of the entire system, but also verifies the superiority of the proposed algorithm over sorting-based and removal algorithms.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제11권7호
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pp.3370-3392
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2017
Next Generation Beyond 4G/5G systems will rely on the deployment of small cells over conventional macrocells for achieving high spectral efficiency and improved coverage performance, especially for indoor and hotspot environments. In such heterogeneous networks, the expected performance gains can only be derived with the use of efficient interference coordination schemes, such as Fractional Frequency Reuse (FFR), which is very attractive for its simplicity and effectiveness. In this work, femtocells are deployed according to a spatial Poisson Point Process (PPP) over hexagonally shaped, 6-sector macro base stations (MeNBs) in an uncoordinated manner, operating in hybrid mode. A newly introduced intermediary region prevents cross-tier, cross-boundary interference and improves user equipment (UE) performance at the boundary of cell center and cell edge. With tools of stochastic geometry, an analytical framework for the signal-to-interference-plus-noise-ratio (SINR) distribution is developed to evaluate the performance of all UEs in different spatial locations, with consideration to both co-tier and cross-tier interference. Using the SINR distribution framework, average network throughput per tier is derived together with a newly proposed harmonic mean, which ensures fairness in resource allocation amongst all UEs. Finally, the FFR network parameters are optimized for maximizing average network throughput, and the harmonic mean using a fair resource assignment constraint. Numerical results verify the proposed analytical framework, and provide insights into design trade-offs between maximizing throughput and user fairness by appropriately adjusting the spatial partitioning thresholds, the spectrum allocation factor, and the femtocell density.
해양 통신을 위한 VHF 대역 데이터 통신 시스템(VHF Data Exchange System: VDES)은 송수신단의 종류에 따라 서로 다른 주파수 대역을 사용하도록 설계되어 있으며, 육상국으로부터 멀리 떨어진 선박국에게 육상국과 연결성을 보장하기 위해 제안된 ASO-TDMA (Ad-hoc Self-Organizing TDMA) MAC 프로토콜을 이용하여 다중-홉 통신을 수행하는 경우에 주파수 채널간 부하 불균형 문제가 발생한다. 본 논문에서는 이러한 주파수 채널간 부하 불균형 문제를 해결하기 위해 통계적 기하(stochastic geometry) 모델링을 도입한다. 이를 기반으로 동일 홉 영역에서의 공간적 자원 재사용률을 분석하고, 각 홉 영역 별로 최적의 자원 할당을 통해 채널간의 부하 불균형 문제를 해결하여 자원 활용도를 극대화하는 것을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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