К анализу характеристик интерференции взаимодействующих устройств в сетях беспроводной связи

Отличительными особенностями сетей мобильной связи пятого поколения (5G) являются поддержка технологий Интернета вещей (Internet of Things, IoT) и прямого взаимодействия устройств (device-to-device communications, D2D), включая организацию соединений в процессе перемещения беспроводных устройств на местности. Ключевыми показателями эффективности сети 5G являются энергоэффективность, надежность и пропускная способность сети. Качество предоставления услуг в сети 5G определяется качеством передачи данных по радиоканалу между мобильными абонентами, одним из важных показателей которого является интерференция, создаваемая абонентами, передающими данные на одной и той же или близких радиочастотах. В статье проведен аналитический обзор методов исследования интерференции в беспроводных сетях с технологией D2D как для случая фиксированных взаимодействующих абонентов, так и для случая движущихся абонентов. Метрикой характеристик качества передачи данных в радиканале является отношение сигнал/интерференция (signal-to-interference ratio, SIR), которое связывает уровень полезного сигнала на приемнике с уровнем фоновых помех, и является отношением между мощностью сигнала, принимаемого от ассоциированного передатчика, и суммарной мощностью сигналов от интерферирующих передатчиков, работающих на той же радиочастоте. Анализ SIR для случая фиксированных передатчиков и приемников основан на методах стохастической геометрии, которые позволяют оценить эту характеристику для заданного расположения взаимодействующих устройств или для заданного распределения расстояний между устройствами и плотности устройств в пределах зоны покрытия. Эти методы могут использоваться планировщиком распределения радиоресурсов для оценки возможности установления нового соединения «передатчик–приемник» и присвоения ему радиочастоты с учетом уже установленных соединений для ассоциированных пар устройств в зоне обслуживания. В случае движущихся устройств значение SIR становится переменным из-за изменения расстояний между устройствами. Цель работы — предложить подход к анализу характеристик интерференции, когда траектории мобильных устройств задаются некоторыми кинетическими уравнениями. Одной из характеристик SIR в этом случае является распределение временного интервала недоступности соединения, вызванной падением SIR ниже заданного порогового значения. Кроме того, в работе для случая движущихся устройств предложены рекомендации по выбору модели движения из известных моделей случайного блуждания для дальнейшего исследования характеристик интерференции.

On the analysis of interference characteristics of device-to-device communications in wireless networks

The distinctive features of fifth generation (5G) mobile networks are the support of technologies for Internet of Things (IoT) network connectivity and direct device-to-device (D2D) communications, including support for wireless connections during the mobility of devices. The key indicators of the effectiveness of the 5G network are energy efficiency, reliability, and network capacity. The quality of service provisioning in the 5G network is determined by the quality of data transmission on the radio channel between the mobile subscribers, one of the important factors of which is the interference created by the subscribers transmitting data over the same or neighboring radio frequencies. In the paper, an analytical review devoted to the methods of interference analysis in wireless networks with D2D technology both for the case of fixed interacting subscribers and for the case of moving subscribers was conducted. The performance metric of interference characterization is the signal-to-interference ratio (SIR) that relates the level of the useful signal to the level of the background interference, i.e. the SIR ratio is the proportion between the received modulated carrier power and the received co-channel cross-talk power from other transmitters than the useful signal. The analysis of SIR for fixed transmitters and receivers is based on stochastic geometry methods that allow for a given location of interacting devices or for a given distance distribution between the devices and the density of the devices within the coverage area to estimate the SIR at an arbitrary receiver. The methods can be used by the radio resource allocation scheduler to assess the possibility of establishing a new transmitter-receiver connection and to assign a radio frequency for it by taking into account the known properties of already established connections of the associated pairs over the coverage area. In case of moving devices, the value of SIR is variable due to a change in inter-device distances. The goal of the paper is to propose an approach to the analysis of interference characteristics when the trajectories of mobile devices are given by certain kinetic equations. One of the SIR characteristics in this case is the distribution of time interval of connection unavailability caused by the drop of SIR below a predetermined threshold. Also, a research problem for the case of moving devices is to develop a recommendation on the choice of the movement model from the known random walk models for further interference characterization. © Copyright 2017 for the individual papers by the papers' authors.