IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.3
no.5
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pp.275-284
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2014
This paper considers two-tier networks consisting of macrocells and femtocells operating in the same spectrum. This paper proposes a femtocell spectrum reuse scheme that determines the shared spectrum and transmit power for the femtocells to mitigate the effects of cross-tier interference between the macrocells and femtocells. The proposed scheme provides macrocell throughput that is unaffected by the increasing number of femtocells per cell site and improves the femtocell signal quality at the same time by limiting the cross-tier interference. This study analyzed the per-tier signal-to-interference ratio (SIR) and outage probability of the proposed scheme to investigate the macrocell and femtocell performance. The total throughput of the proposed scheme was analyzed based on the outage probabilities. The analysis and numerical results proved that high femtocell throughput can be achieved using only a small fraction of the spectrum while protecting the macrocell throughput. As a result, an improved total throughput was achieved enforcing higher spatial reuse.
One of the most serious factors constraining the next generation cellular mobile consumer communication systems will be the severe co-channel interference experienced at the cell edge. Such a capacity-degrading impairment combined with the limited available spectrum resource makes it essential to develop more spectrally efficient solutions to enhance the system performance and enrich the mobile user's application services. This paper proposes a unique hybrid method of frequency hopping (FH) and subcarrier-reuse-partitioning that can maximize the system capacity by efficiently utilizing the available spectrum while at the same time reduce the co-channel interference effect. The main feature of the proposed method is that it applies an optimal combination of different frequency reuse factors (FRF) and FH-subcarrier allocation patterns into the partitioned cell regions. From the simulation results, it is shown that the proposed method can achieve the optimum number of subcarrier subsets according to the frequency-reuse distance and results in better performance than the fixed FRF methods, for a given partitioning arrangement. The results are presented in the context of both blocking probability and BER performances. It will also be shown how the proposed scheme is well suited to FH-OFDMA based cellular systems aiming at low co-channel interference performance and optimized number of subcarriers.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.12
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pp.4946-4960
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2020
In a device-to-device (D2D) underlaid cellular network, there exist two types of co-channel interference. One type is inter-layer interference caused by spectrum reuse between D2D transmitters and cellular users (CUEs). Another type is intra-layer interference caused by spectrum sharing among D2D pairs. To mitigate the inter-layer interference, we first derive the interference limited area (ILA) to protect the coverage probability of cellular users by modeling D2D users' location as a Poisson point process, where a D2D transmitter is allowed to reuse the spectrum of the CUE only if the D2D transmitter is outside the ILA of the CUE. To coordinate the intra-layer interference, the spectrum sharing criterion of D2D pairs is derived based on the (signal-to-interference ratio) SIR requirement of D2D communication. Based on this criterion, D2D pairs are allowed to share the spectrum when one D2D pair is far from another sufficiently. Furthermore, to maximize the energy efficiency of the system, a resource allocation scheme is proposed according to weighted graph coloring theory and the proposed ILA restriction. Simulation results show that our proposed scheme provides significant performance gains over the conventional scheme and the random allocation scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.7
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pp.2231-2245
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2014
Cognitive Radio (CR) has very promising potential to improve spectrum utilization by allowing unlicensed Secondary Users (SUs) to access the spectrum dynamically without disturbing licensed Primary Users (PUs). Mitigating interference is a fundamental problem in CR scenarios. This is particularly problematic for deploying CR in cellular networks, when users are located at the cell edge, as the inter-cell interference mitigation and frequency reuse are critical requirements for both PUs and SUs. Further cellular networks require higher cell edge performance, then SUs will meet more challenges than PUs. To solve the performance decrease for SUs at the cell edge, a novel Dynamic Spectrum Allocation (DSA) scheme based on Game Theory is proposed in this paper. Full frequency reuse can be realized as well as inter-cell interference mitigated according to SUs' sensing, measurement and interaction in this scheme. A joint power/channel allocation algorithm is proposed to improve both cell-edge user experience and network performance through distributed pricing calculation and exchange based on game theory. Analytical proof is presented and simulation results show that the proposed scheme achieves high efficiency of spectrum usage and improvement of cell edge SUs' performance.
Kim, Yi-Kang;Cho, Choong-Ho;Yoon, Seok-Ho;Kim, Seung-Yeon
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.1
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pp.186-205
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2019
Intercell interference coordination (ICIC) is considered as a promising technique to increase the spectral efficiency of OFDMA cellular systems. The soft frequency reuse (SFR) and fractional frequency reuse (FFR) are representative and efficient management techniques for ICIC. Herein, to enhance the performance of the SFR scheme, we propose a call admission (CAC) scheme. In this CAC scheme, called Spectrum handoff-SFR(S-SFR), the spectrum handoff technique is applied to the user equipment (UE) located near the cell center. We derive the traffic analysis model to describe the S-SFR. In addition, a two-dimensional (2-D) Markov chain and an outage analysis are used in our analytical model. From the traffic analysis, the significant performance measures are the outage probability, call blocking probability, system throughput and resource utilization. Based on those, the outage probability and system throughput are obtained using resource utilization as an interference pattern. The analytical results are verified with computer simulation results. Finally, we compare our proposed scheme with other ICI schemes.
In order to control interference and improve spectrum efficiency in the femtocell and macrocell overlaid system (FMOS), we propose a joint frequency bandwidth dynamic division, clustering and power control algorithm (JFCPA) for orthogonal-frequency-division-multiple access-based downlink FMOS. The overall system bandwidth is divided into three bands, and the macro-cellular coverage is divided into two areas according to the intensity of the interference from the macro base station to the femtocells, which are dynamically determined by using the JFCPA. A cluster is taken as the unit for frequency reuse among femtocells. We map the problem of clustering to the MAX k-CUT problem with the aim of eliminating the inter-femtocell collision interference, which is solved by a graph-based heuristic algorithm. Frequency bandwidth sharing or splitting between the femtocell tier and the macrocell tier is determined by a step-migration-algorithm-based power control. Simulations conducted to demonstrate the effectiveness of our proposed algorithm showed the frequency-reuse probability of the FMOS reuse band above 97.6% and at least 70% of the frequency bandwidth available for the macrocell tier, which means that the co-tier and the cross-tier interference were effectively controlled. Thus, high spectrum efficiency was achieved. The simulation results also clarified that the planning of frequency resource allocation in FMOS should take into account both the spatial density of femtocells and the interference suffered by them. Statistical results from our simulations also provide guidelines for actual FMOS planning.
Both coordinated multi-point transmission and frequency reuse are effective approaches to mitigate inter-cell interference and improve network coverage. The motivation of this work is to explore the manner to effectively utilize the spectrum resource by reasonably combining cooperation and frequency reuse. The $Mat{\acute{e}}rn$ cluster process, which is appropriate to model networks with hot spots, is used to model the spatial distribution of base stations. Two cooperative mechanisms, coherent and non-coherent joint transmission (JT), are analyzed and compared. We also evaluate the effect of multiple antennas and imperfect channel state information. The simulation reveals that the proposed approach to combine cooperation and frequency reuse is effective to improve the network coverage for users located at both the center and the boundary of the cooperative region.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.12
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pp.3237-3256
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2012
In the context of effective usage of a scarce spectrum resource, emerging wireless communication standards will demand spectrum sharing with existing systems as well as multiple access with higher spectral efficiency. We mathematically analyze the sum throughput of a spectrum sharing space-division multiple access (SDMA) system, which forms a transmit null in the direction of other coexisting systems while satisfying orthogonal beamforming constraints. For a large number of users N, the SDMA throughput scales as log N at high signal-to-noise ratio (SNR) ((J-1) loglog N at normal SNR), where J is the number of transmit antennas. This indicates that multiplexing gain of the spectrum sharing SDMA is $\frac{J-1}{J}$ times less than that of the non-spectrum sharing SDMA only using orthogonal beamforming, whereas no loss in multiuser diversity gain. Although the spectrum sharing SDMA always has lower throughput compared to the non-spectrum sharing SDMA in the non-coexistence scenario, it offers an intriguing opportunity to reuse spectrum already allocated to other coexisting systems.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2006.05a
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pp.549-554
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2006
The objective of this paper is to propose a system by means of which the utilization of radio frequency spectrum may be improved from the state of extreme inefficiency at the present time in Kazakhstan to a state of efficiency and equilibrium in the future. The main solutions to efficiently use radio frequency spectrum in Kazakhstan will be described in this paper. There are 'Spectrum Utilization, Spectrum Sharing and Reuse the Spectrum' in which the radio frequency can be propagated in wide range using smalt amount of spectrum, or broadcast several channels via one spectrum sharing. In order to embed these systems in practice it will be better to make modifications consider Government policy and geographical and social requirements.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.40
no.12
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pp.2539-2548
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2015
Overcoming inter-cell interference and spectrum scarcity are major issues in heterogeneous cellular networks. Static Frequency reuse schemes have been proposed as an effective way to manage the spectrum and reduce ICI(Inter cell Interference) in cellular networks. In a kind of static frequency reuse scheme, the allocations of transmission power and subcarriers in each cell are fixed prior to system deployment. This limits the potential performance of the static frequency reuse scheme. Also, most of dynamic frequency reuse schemes did not consider small cell and the network environment when the traffic load of each cell is heavy and non-uniform. In this paper, we propose an inter-cell resource allocation algorithm that dynamically optimizes subcarrier allocations for the multi-cell heterogeneous networks. The proposed dynamic frequency reuse scheme first finds the subcarrier usage in each cell-edge by using the exhaustive search and allocates subcarrier for all the cells except small cells. After that it allocates subcarrier for the small cell and then iteratively repeats the process. Proposed dynamic frequency reuse scheme performs better than previous frequency reuse schemes in terms of the throughput by improving the spectral efficiency due to it is able to adapt the network environment immediately when the traffic load of each cell is heavy and non-uniform.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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