云接入网上行无速率编码传输研究

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为了应对当前通信网络所面临的快速增长的用户数量和传输数据量,提高无线网络覆盖质量并降低网络部署成本,云无线接入网(Cloud-RAN)有望成为5G通信网络中具有变革意义的接入网架构。云接入网的典型特征是将网络中各接入节点的射频拉远头(RRH)与基带处理单元(BBU)完全地分离,将RRH更靠近用户,而各个BBU向后集中成虚拟的BBU池,使传统基站所完成的工作分别在RRH和BBU端实现。与传统的蜂窝网架构相比,云接入网的网络状态和信道状态更为复杂,发送设备在发送信息之前很难预先获知准确的信道状态信息,这就对云接入网中选择合适的信道编码方案提出了更高的要求。无速率编码是一种具备良好的自适应当前网络信道状态和传输特性的高效差错控制编码技术。无速率码的自适应特性使得其可以适配云接入网中灵活的传输机制。基于此,本文主要对云接入网中基于无速率编码的上行接入传输方案设计与优化展开研究,主要内容与贡献如下:首先,设计了云接入网中单用户场景下无速率编码上行传输方案。该编码传输方案的主要思路如下:首先,以LDPC码作为预编码将用户要发送的信息编成Raptor码;接着,将码字调制后源源不断地发送到覆盖该用户的各个RRH,各RRH预处理单元对收到的信号预处理得到基带信号;然后,RRH的量化器采用基于标量量化的压缩算法对基带信号进行量化,并且将量化信号通过高速链路上传到BBU池;最后,BBU池采用基于Tanner图的置信传播译码算法对所有RRH上传的信号做联合解压缩及译码,直到BBU池正确恢复用户原始信息并通过RRH向用户反馈ACK信号为止。其次,设计了无速率码度数分布优化算法。在AWGN信道下,由于Raptor码没有一个统一的最优度数分布,因此需要针对不同的信噪比设计最优的度数分布以逼近信道的香农容量。首先,我们分析了BBU池迭代译码基于高斯近似的外信息传递(EXIT)关系。然后,在BBU池联合译码器无差错译码的约束下,我们以最大化系统吞吐量作为目标函数,通过求解线性规划(LP)问题得到最优的无速率码度数分布。最后,通过数值仿真结果证实了采用提出的优化算法得到的无速率码度数分布具有接近系统理论上限的性能。最后,我们基于MATLAB GUI平台将本文提出的无速率码度数分布优化算法进行了可视化实现。可视化平台使得根据实际系统情况进行用户端无速率码输出度数优化更为直观、易用。在此GUI平台上,使用者只需要输入相关的参数,比如用户数量,RRH数量,各条链路信道增益系数,发送功率等,运行后就能以可视化的形式显示出最优的度数及系数。
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