随机几何

摘要： 面对5G毫米波网络中多用户的高速率需求,为进一步加强毫米波网络中的下行链路非正交多址接入传输,提出一种基于角度和距离联合的新型用户配对方案。该方案充分考虑了天线阵列形成波束的高定向性和用户的随机性。基站根据用户之间的瞬时空间角度差和距离基站的位置信息来选择配对用户,并将适时地选择启用非正交多址接入方案。通过使用随机几何的方法,得出用户遍历总速率理论值。仿真结果表明,该方案得到的遍历总速率高于另外4种常见的用户配对方案,且存在距离阈值的最优值,该值使遍历总速率最大化。

摘要： 在无人机(UAV)辅助的能量受限低功耗物联网(IoT)节点数据传输场景中,针对传统的Matérn聚类过程(MCP)建模造成的无人机覆盖冗余问题,该文提出一种Matérn集群下的距离约束分簇策略(MCDC)。该策略采用带有距离约束的Matérn聚类过程对无人机和地面IoT节点位置进行了建模,实现冗余覆盖的大幅度下降。在此分布策略下,IoT节点首先通过从无人机发送的射频信号中收集能量,然后利用收集的能量向无人机进行上行数据传输,解决IoT节点能量受限问题。此外,分析了IoT节点传输机会以及无人机群空地网络的上行传输中断性能和吞吐量,并衡量了上下行阶段的时间分配比,无人机的发射功率,以及IoT节点密度等参数对网络性能的影响。最后通过仿真对理论结果进行了验证。

摘要： 无人机(UAV)作为空中基站有望成为传统地面网络的有力补充,以提供灵活覆盖和容量增强的解决方案。然而,大多现有研究忽略空中基站的无线回传这一实际因素对网络性能和用户体验的影响。为此,考虑接入回传一体化的空地毫米波蜂窝网络场景,其中无人机提供热点流量传输服务,地面基站(TBS)提供无人机回传链路并且服务非热点区域用户,以及接入和回传采用正交资源分配方法。针对该场景,提取地面基站、无人机和用户的空间分布特性,以及不同链路信号的传播特性,该文采用随机几何理论建立与之匹配的毫米波空地网络模型,推导了非热点用户的接入链路覆盖率和热点用户的接入回传链路的联合覆盖率。进一步地,基于地面基站和无人机的负载特性分析,推导了两种用户的速率覆盖率以及总体用户性能。基于所提分析框架,该文研究了关键系统参数,如接入链路频谱分配比例、无人机密度和热点用户密度等对用户性能的影响。

摘要： 针对窃听节点随机分布的MISO系统通信场景,该文分析了智能反射面(IRS)辅助下的安全通信性能。采用随机几何理论,将窃听节点建模为均匀泊松点过程(PPP)。合法发送节点采用天线选择策略,选择最优链路发射信号,并部署智能反射面实时调控反射相移增强链路质量,然后以传输安全中断概率为性能指标,推导了其闭式表达式,分析了反射单元数量、发射天线数量等参数对中断概率的影响,最后给出了最大化安全性能的参数选择策略。仿真结果验证了理论分析的正确性,并表明部署反射面可以在低能耗下提升安全性能。

摘要： 基于感知的半静态调度(S-SPS,Sensing based Semi-Persistent Scheduling)是C-V2X车联网协议中车车直连通信的信道资源选择机制,能够有效避免通信过程中数据包的碰撞问题.但是S-SPS不能完全避免数据包碰撞,目前缺乏对数据包碰撞产生干扰的建模研究.针对此问题,构建了通过S-SPS进行信道资源选择的车辆通信网络模型.然后,统计在此场景下其他车辆与发射车辆选择同一资源而产生干扰的概率,并通过曲线拟合得到其服从双指数分布.最后,利用得到的干扰分布和随机几何模型推导出车辆信干噪比的表达式,从而得到工作在此模式下的车辆通信网络的数据包成功接收率.实验仿真结果验证了干扰建模和推导公式的正确性.

摘要： 面向工业5G网络的超可靠强实时传输要求,研究基于设备到设备通信(device-to-device,D2D)的多跳多中继辅助传输方法。基于随机几何理论,采用泊松点过程对工业现场设备进行建模,并划分中继选择区域。多跳中继过程中,每一跳中继选择信干噪比最大的节点进行解码转发,充分考虑层叠部署的多条D2D传输路径上的节点干扰以及随机噪声,推导出端到端中断概率的闭式表达式。仿真分析了中继节点部署密度、发射功率、路径距离等因素对端到端中断概率的影响。结果表明,采用多跳多中继辅助的D2D传输可以大幅降低工业5G网络的端到端中断概率,提高传输可靠性。

摘要： 无人机与D2D(device-to-device)通信技术相结合可作为应急通信网络的可行选项之一,但存在复杂的同频干扰问题。为了降低干扰,提出一种无人机配备定向天线阵列的网络。以系统内用户作为主要研究对象,利用随机几何理论,对所提网络进行系统建模,将D2D通信用户以及无人机通信用户建模为两个独立分布的齐次泊松点过程,推导了D2D用户成功传输概率的精确表达式以及无人机通信用户成功传输概率的上下界理论表达式。仿真结果验证了理论公式的准确性,且相比全向天线,无人机配备定向天线可以有效地提高网络性能。同时,存在最优的无人机高度以及密度,使系统和速率最大化。

摘要： 无人机(unmanned aerial vehicles,UAV)在空间内不规则分布和移动给系统设计带来巨大挑战,为了对UAV服务下的热点场景进行更加真实可靠地分析,基于随机几何和移动ad hoc网络(mobile ad hoc network,MANET)理论,构建了一种三维移动UAV网络模型。UAV群被建模为三维泊松点过程(three-dimensional Poisson point process,3-D PPP),可以在水平和竖直方向位移。为了进一步研究该系统的网络性能,考虑了2种服务模型:基站切换模型(base station handover model,BHM)和基站恒定模型(base station constant model,BCM)。通过推导服务距离分布以及其余基站干扰的拉普拉斯变换,得出该系统的覆盖概率和信道容量。通过仿真分析了不同参数指标对覆盖概率以及信道容量的影响。实验结果表明,与传统二维UAV网络模型相比,该三维动态模型能够更准确地反映实际情况,并且基于最近邻策略的基站切换能够显著提升网络性能。

摘要： 对于蜂窝用户上行覆盖率这类含无穷上限的多重积分公式,直接调用积分函数进行计算耗时长且无法确保收敛。文章提出通过逐层分析被积函数特征来缩小积分区间,从而提高计算速度并保证收敛性。为验证方法的准确度,与一种特殊情况下的解析式和仿真结果进行比较,结果显示差异可忽略;同时,与直接进行无穷积分的方法进行比较,显示计算时间至少节省一半以上,且随着用户密度的降低,本方法计算效率方面的优势更加突出。

摘要： 无线网络的异构化、密集化部署极大地提高了系统容量,可满足用户日益增长的数据流量需求,但是复杂的网络结构、近乎随机的基站分布不利于系统的性能评估和参数设计。针对这一问题,该文提出一种适用于多天线密集异构网络的性能分析框架。首先,利用随机几何模型推导了覆盖率的闭合表达式并给出了优化方案。为了直观地观察关键系统参数对覆盖率的影响,还给出了一种渐近表达式。其次,推导了区域频谱效率(ASE)的积分表达式,为了减小计算复杂度,给出了一种ASE的上界。最后,还提出了一种有效的算法来设计最优的基站(BSs)部署密度,以在满足覆盖率需求的前提下最大化ASE。仿真结果验证了理论分析的正确性和所提优化算法的有效性。该文的研究成果不但可以为复杂网络的性能分析提供理论依据,还可为系统的优化与设计提供可行性方案。

摘要： 本发明提出一种无人机非平稳空地MIMO信道的几何随机建模方法。该建模方法所提模型是一种三维几何随机模型，建模方法包括两个圆柱体模型，分别位于无人机和地面站侧，即假设在无人机和地面站通信系统中，无人机侧和地面站侧均存在散射，接收信号包括视距分量、一次散射分量和两次散射分量，同时考虑无人机和地面站的移动性，通过描述时变时延、时变到达角和离开角，建立非平稳信道模型。该模型在无人机实际通信场景下，能够建立一个可靠、高效的空地信道模型，为研究人员设计和测试无人机通信系统，推广无人机在生活各方面的应用提供理论支持。

摘要： 本发明涉及一种工业物联网信道的几何随机建模方法及系统，包括以下步骤：建立表征工业物联网信道的CIR系统模型；基于毫米波工业信道的富散射特征，对有效簇的参数进行3D建模，获得有效簇的3D模型；基于工业信道空间非平稳特性，分别获取有效簇在发射机Tx侧和接收机Rx侧不同天线间的幸存概率，根据所述幸存概率生成Tx侧和Rx侧天线的可见簇的平均数量，根据所述可见簇的平均数量对Tx和Rx侧天线能够观测到的有效簇进行更新，获得更新后的有效簇；依据有效簇的3D模型对所述更新后的有效簇进行角度、功率、时延的建模。本发明的建模方法准确性较高，并具有良好的有效性。

摘要： 本发明涉及一种工业物联网信道的几何随机建模方法及系统，包括以下步骤：建立表征工业物联网信道的CIR系统模型；基于毫米波工业信道的富散射特征，对有效簇的参数进行3D建模，获得有效簇的3D模型；基于工业信道空间非平稳特性，分别获取有效簇在发射机Tx侧和接收机Rx侧不同天线间的幸存概率，根据所述幸存概率生成Tx侧和Rx侧天线的可见簇的平均数量，根据所述可见簇的平均数量对Tx和Rx侧天线能够观测到的有效簇进行更新，获得更新后的有效簇；依据有效簇的3D模型对所述更新后的有效簇进行角度、功率、时延的建模。本发明的建模方法准确性较高，并具有良好的有效性。

摘要： 本发明提出了一种基于几何随机的无人机空地MIMO信道建模方法。该建模方法所提模型为三维双圆柱体模型，与现有技术相比，该模型综合考虑无人机侧的散射、地面站侧反射和散射，无人机发射端和地面站接收端的移动性，特别是无人机侧的旋转和无人机三维移动航迹的影响，符合多种实际的通信场景；计算出时变距离、时变角度以及接收复包络信号，可以准确描述无人机空地MIMO信道的实际通信情况和非平稳统计特性，基于此建模方法，通过实际仿真可以总结出无人机通信方案的一些通用规则，为建立一个鲁棒的无人机无线通信系统提供思路。

摘要： 本发明公开了一种面向轨道角动量无线通信的几何随机信道建模方法，包括：确定环境及天线等基本参数；生成三维时变双簇信道环境，即簇的数目、距离和角度分布等，推导簇内散射体位置分布、散射体功率分布等信道参数；利用天线方向图表征发射端产生携带OAM的涡旋波特殊辐射特性，并引入表征涡旋波的涡旋相位项；建立时变信道冲激响应；实现仿真信道模型，分析信道统计特性。本发明建立的OAM信道模型是对基于平面波信道模型的扩展，支持所有可产生涡旋波的天线类型，丰富了轨道角动量信道的非直射场景建模方法，仿真的统计特性对OAM通信系统设计具有参考价值。

摘要： 本发明涉及一种无人机非平稳空对空MIMO信道的几何随机建模方法，属于无人机通信领域。该建模方法所提模型是一种三维几何随机模型，假设发射无人机和接收无人机都在一个同心圆柱环内，并且在发射无人机和接收无人机周围都存在散射体。在该模型中考虑远近散射体，近处的散射体分布在内圆柱表面上，远处的散射体分布在外圆柱表面上。接收信号包括视距分量、一次散射分量和两次散射分量，同时考虑发射无人机和接收无人机的移动性，通过发射无人机和接收无人机的时变速度，建立非平稳信道模型。该方法在无人机实际通信场景下，能够建立一个可靠、高效的空对空信道模型，为研究人员设计和测试无人机通信系统，推广无人机在生活各方面的应用提供理论支持。

摘要： 本发明公开了一种面向室内可见光通信的几何随机信道建模方法，该方法采用了半几何随机模型来建模，通过结合实际物理环境来灵活地设置信道模型的参数，更准确地刻画传播环境；该方法包括：建立三维模型刻画可见光传播并支持接收端的三维旋转与移动、引入与波长相关的散射体等效反射率参数建模可见光的宽带特性、引入空时变化的模型参数建模空时非平稳性、引入辐射模式参数支持任意类型的发光二极管作为系统发射端；该方法考虑了室内可见光信道的独特信道特性，可以实现模型在准确度、复杂度与普适性之间的良好折衷。

摘要： 本发明公开了一种面向无人机空对空通信的几何随机信道建模方法，该方法首先考虑了无人机收发端的三维任意变速移动，并通过通信场景计算通信系统中的有效散射区域、散射簇以及散射点；其次，引入了马尔可夫生灭过程来描述簇在时间轴上的消失和演化；最后，通过计算复杂信道冲激响应，用于计算分析信道统计特性；本发明综合考虑了无人机收发双端的变速任意轨迹移动，使用生灭过程模拟信道变化，通过随机分布生成角度参数，能够保证所建立的模型可以有效模拟信道非平稳特性，符合真实通信场景。

摘要： 本发明涉及基于马尔科夫随机场理论的随机几何数据异常定位方法，包括以下步骤：基于马尔科夫随机场理论建立电力数据网络模型，构建对应的节点关系拓扑图；在得到的节点关系拓扑图中，分析各节点在异常发生前后的拓扑差异度，并选择待判决异常点；根据协方差矩阵的相关度，对各可疑节点进行异常判决，检测出异常节点。本发明提供的基于马尔科夫随机场理论的随机几何数据异常定位方法，可以快速定位电力数据网络中发生异常的节点位置，及时排除网络中的异常行为；此外，该方法在保证定位精度的同时，可以有效减少网络异常定位所需的运算量，减轻网络的额外负载。

摘要： 本发明涉及基于马尔科夫随机场理论的随机几何数据异常定位方法，包括以下步骤：基于马尔科夫随机场理论建立电力数据网络模型，构建对应的节点关系拓扑图；在得到的节点关系拓扑图中，分析各节点在异常发生前后的拓扑差异度，并选择待判决异常点；根据协方差矩阵的相关度，对各可疑节点进行异常判决，检测出异常节点。本发明提供的基于马尔科夫随机场理论的随机几何数据异常定位方法，可以快速定位电力数据网络中发生异常的节点位置，及时排除网络中的异常行为；此外，该方法在保证定位精度的同时，可以有效减少网络异常定位所需的运算量，减轻网络的额外负载。