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新型非正交多址接入与预编码技术研究

新型非正交多址接入与预编码技术研究

引用

作者：赵金鑫广西大学

学位级别：硕士

随着通信技术的发展,特别是智能移动终端设备的普及,下一代无线网络传输的数据量要求也越来越大,这就迫切需要无线通信系统解决一些主要的需求比如提高频谱效率、增加系统容量、减少延迟和提高服务质量等。然而,现有的正交多址接入技术... 详细信息

随着通信技术的发展,特别是智能移动终端设备的普及,下一代无线网络传输的数据量要求也越来越大,这就迫切需要无线通信系统解决一些主要的需求比如提高频谱效率、增加系统容量、减少延迟和提高服务质量等。然而,现有的正交多址接入技术由于其正交资源的用户独占性,其系统可接入用户数及频谱效率难以满足下一代无线通信的应用需求。新型的非正交多址接入技术和MU-MIMO技术允许通过非正交资源分配来控制干扰,这就使得在同一个资源块中可以为多个用户同时提供服务,与传统正交多址接入技术相比,非正交多址接入技术和MU-MIMO技术具有提高频谱效率、大规模连通性、低传输延时和信令成本等优势,所以,学术界和工业界转而重点关注非正交多址接入技术和MU-MIMO技术,其已经成为下一代无线通信技术研究和应用的重点。本文主要是对新型非正交多址接入技术以及MU-MIMO系统中的预编码技术做深入研究,主要工作和创新点总结如下:1.首先研究了三种热门的非正交多址接入技术,在此基础上为了进一步提高频谱效率,获得更好的系统性能,本文提出了一种融合通用滤波多载波复用技术的非正交多址接入技术方案,通过理论分析及实验仿真结果表明所提出的基于稀疏码分多址接入技术的融合通用滤波多载波复用技术方案能有效提高系统的频谱效率、降低系统的误码率。主要原因是稀疏码分多址接入技术由于其码本的稀疏特性,经过通用滤波多载波复用的调制、解调器,以及系统近似最优的信息传递检测算法等特性使得系统获得更好的性能。2.在5G/B5G移动通信系统中,MU-MIMO系统也是一种非正交接入的方式,在MU-MIMO系统中,为用户设计一种最优的预编码方案来减少来自其他用户的干扰是当前面临的一个最大挑战。本文考虑基于最小均方误差的改进信道矩阵,在不完整信道状态信息的情况下,提出了一种基于信漏噪比准则的预编码方案,该方案与传统的预编码算法相比较,在不损失和速率的前提下,能够有效降低系统误码率。3.在非正交多址接入方案中,受到系统资源的限制,用户调度在实际通信过程中是非常重要的,但是由于最优的穷举搜索用户调度算法方案计算复杂度过高,比较难实现,因此本文基于上述预编码方案,提出了一种新的基于信漏噪比准则的用户调度方案。该方案利用信漏噪比准则最大化加权和速率,有效降低了系统的复杂度,其平均和速率性能与传统近似最优算法基本相同,因此实现了性能和复杂度之间的权衡。

关键词：第五代移动通信系统频谱效率非正交多址接入技术预编码技术用户调度

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基于DSP的Polar码编译码高效实现

基于DSP的Polar码编译码高效实现

引用

作者：刘亚妮东南大学

学位级别：硕士

2007年,Arikan提出了极化码(Polar Code)。这是首个在理论上证明在二进制离散无记忆信道(Binary-Input Discrete Memoryless Channels,BDMC)上能够达到信道容量的纠错编码。2016年,极化码被确定为第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communication System,5G)增强移动宽带场景(Enhanced Moblie Broadband,e MBB)的控制信道编码方案。考虑到5G应用在不同垂直行业中千差万别,为了满足特定场景的需求,进行定制化设计显得非常必要。本论文基于CX8910实现对极化码编解码技术的研究,并对其高效的编译码算法进行研究与实现。本文的主要工作内容总结如下: 首先,本文研究了极化码编译码的理论基础。本文对信道极化的两个阶段,即信道联合和信道分裂进行了深入讨论,并阐述了信道极化的过程。针对极化码子信道的选取,本文介绍了3种经典的极化码构造方案,分别是巴氏参数法、高斯近似法和β扩展构造法。通过对信道极化的讨论,本文给出了极化码编码的核心公式,并对极化码译码的基本原理进行了简要介绍。然后,本文研究了基于特殊节点优化的极化码译码算法。本文从串行译码算法入手,对串行抵消(Successive Cancellation,SC)译码算法、串行抵消列表(Successive Cancellation List,SCL)译码算法以及与循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check,CRC)级联的CA-SCL译码算法的基本原理进行了详细阐述。针对串行译码中存在的冗余计算问题,本文重点研究了基于特殊节点优化的译码算法,并深入探讨了4种经典特殊节点的译码原理和路径扩展方式。通过二叉树形式对比了SC算法和基于特殊节点优化的SC算法的译码时延,结果显示特殊节点优化可以有效降低译码时延。针对基于特殊节点优化的SCL算法——快速简化的串行抵消列表(Fast Simplified Successive Cancellation List,Fast-SSCL)译码算法,对其译码流程进行了基本描述。通过仿真实验,本文分析了不同码长、不同码率、不同列表长度和不同译码算法对极化码译码性能的影响。仿真结果表明,CA-SCL算法在所有算法中具有最佳的误块率(Block Error Rate,BLER)性能,CA-Fast-SSCL算法的性能仅次于CA-SCL。然而,由于CA-SCL算法涉及大量的冗余计算,其实现复杂度较高。相比之下,CA-Fast-SSCL算法具有较低的实现复杂度,更适合工程实现。对于路径选择方案,本文给出一种针对CX8910实现改进的次优均值路径选择算法。最后,本文对极化码编译码的各个模块进行了基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)的并行化设计与实现。根据所使用的DSP平台内部结构及其特有的并行指令特征,本文实现了CRC添加模块、极化码编码模块、解速率匹配模块和极化码译码模块,并给出了关键模块的SIMD指令算法。针对路径选择算法,比较了次优均值算法和本文提出的改进的次优均值算法在程序运行cycle数方面的差异,结果表明改进的次优均值算法可以有效降低程序运行cycle数。通过对整个编译码模块检测误块率性能和程序运行cycle数,证明了算法在DSP平台上的可行性。

关键词：第五代移动通信系统极化码数字信号处理器单指令多数据

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基于5G/NB-Iot簇节点信息融合的NB终端高精度定位算法研究

基于5G/NB-Iot簇节点信息融合的NB终端高精度定位算法研究

引用

作者：俱伟上海交通大学

学位级别：硕士

在经济全球化的大背景下,催生了物流业,并不断向规模化、专业化及智慧化发展。高精度定位技术便是智慧物流所依赖的核心技术之一。基于物联需求的高精度定位技术,即物联网覆盖范围内的物体所需要的高精度定位技术,不仅可以应用于智能物... 详细信息

在经济全球化的大背景下,催生了物流业,并不断向规模化、专业化及智慧化发展。高精度定位技术便是智慧物流所依赖的核心技术之一。基于物联需求的高精度定位技术,即物联网覆盖范围内的物体所需要的高精度定位技术,不仅可以应用于智能物流环节中的仓储管理、货物堆积管理、集装箱管理、货物配送和实时追踪等,还可以应用于灾难救援、社会公共环境和财务的监管、智能交通及大型船舶里面的人员管理等,随着物联网的发展,产生了用于传感和控制的大量连接要求。然而,在无线定位中,窄带物联网（NB-Iot）的定位精度较差,采用了cell-ID的定位方法。第五代移动通信系统（5G）和NB-Iot网络的进一步集成有望有效提高NB-Iot网络的定位精度。因此,用于融合网络研究的高精度定位算法具有广阔的应用前景和学术意义。为了提高NB-Iot的定位精度,本文提出在5G和NB-Iot异构定位框架的基础上,引入多个簇节点,它们具有与5G和NB-Iot网络同时通信的功能。NB-Iot网络中的信号带宽较窄,时钟同步难以实现,因此只能考虑基于DOA（到达方向）的定位原理和基于RSSI（接收信号强度）信息的指纹定位原理。在本文中,首先使用5G根据TDOA（到达时间差）的原理对簇节点进行高精度定位。然后基于解空间（x±εx,y±εy）,根据DOA和基于RSSI信息的指纹定位融合算法,NB-Iot终端借助簇节点完成定位。该方法有助于减少匹配时间,并提高依赖单一DOA/RSSI定位原理方法的准确性。同时,在考虑簇节点定位误差的情况下,对融合网络全局定位算法的误差进行分析,本文提出基于TDOA定位误差的k-means算法,可以获得更高精度的NB-Iot网络定位结果。与单纯的NB-Iot网络定位性能相比,所提出方法的NB-Iot终端的最终定位精度可以提高约75%。本文通过对于窄带物联网定位的研究,结合引入簇节点的5G/NB-Iot融合框架,理论上可以提高物联网终端的定位精度达到10米级,为实际应用中NB-Iot的高精度定位提供了理论借鉴。

关键词：融合定位窄带物联网第五代移动通信系统到达角接收信号强度指示到达时间差

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基于NDN架构的5G网络选择策略研究

基于NDN架构的5G网络选择策略研究

引用

作者：郑晓琳北京交通大学

学位级别：硕士

随着移动通信数据量的持续攀升、移动终端的爆炸性增长,第四代移动通信系统(4G)已经无法应对新出现的挑战。随之推动了第五代移动通信系统(5G)的研究热潮。为了最大程度地提高整个移动系统的容量,满足不断增长的用户需求,未来网络将在... 详细信息

随着移动通信数据量的持续攀升、移动终端的爆炸性增长,第四代移动通信系统(4G)已经无法应对新出现的挑战。随之推动了第五代移动通信系统(5G)的研究热潮。为了最大程度地提高整个移动系统的容量,满足不断增长的用户需求,未来网络将在小区结构上进一步分布化、微型化,形成超密集网络。研究设计各类站点间的协作选网策略,具有很重要的学术价值和现实意义。从网络的角度考虑,协作选网策略可有效地控制网络流量、实现网络负载均衡、提高系统性能；从移动用户的角度考虑,协作选网策略可实现资源配置的最优化,改善用户体验。因此,接入网络的选择、各类站点的协调切换策略是一个重要的研究领域,也是本文要研究的问题。本文对5G的特点进行了分析,根据其主要特征及关键技术,提出了基于命名数据网络(Named Data Networking, NDN)架构的网络选择策略。本文的主要工作分为以下四部分：第一,研究分析5G的主要特征及关键技术。首先,从宏观的角度分析移动通信系统演变的驱动力,分析5G的特点及关键技术。然后,基于5G的特点和关键技术,分析了网络选择策略的研究价值。第二,将NDN网络架构引入第五代移动通信系统,并根据应用场景对NDN网络架构做出相应的改进。对于超密集网络,引入NDN网络架构,不仅能够很好地满足多终端、大数据量、高数据传输速率、低延迟的发展需求,同时对用户终端的移动性有较好的支持。根据网络选择和切换场景的需求,添加了四种类型的数据包和两种类型的节点表结构,并对选网和切换的流程进行了规划。第三,提出基于用户请求的网络选择算法。传统的网络选择策略研究,仅从一些网络性能参数进行考虑,根据当前网络状况进行选网。但引入了NDN架构之后,可以直接获取用户请求的具体内容信息,从而根据内容信息和网络性能参数两方面进行选择切换。本文将网络选择算法划分为三个部分：缓存机制、选网机制和切换机制,分别从三个方面考虑内容数据及网络性能参数对网络选择的影响,在很大程度上提高用户体验并均衡整个网络的数据流量。第四,对本文提出的网络选择策略进行仿真分析。分别从系统的流量减少率、缓存命中率以及网络负载方差三个方面对基于NDN架构的5G网络选择策略进行仿真分析。结果表明,本文所提出的网络选择策略能够有效地提高用户体验、均衡网络负载、控制网络流量、提高系统性能。

关键词：第五代移动通信系统 NDN 缓存网络选择切换

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面向5G的稀疏码分多址技术研究

面向5G的稀疏码分多址技术研究

引用

作者：刘博哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)作为第五代移动通信系统(The Fifth Generation Mobile Communication Systems,5G)中一种颇具竞争力的非正交多址接入方式，能够实现5G广连接、低时延、高效率的传输要求。SCMA技术... 详细信息

稀疏码分多址接入(Sparse Code Multiple Access,SCMA)作为第五代移动通信系统(The Fifth Generation Mobile Communication Systems,5G)中一种颇具竞争力的非正交多址接入方式，能够实现5G广连接、低时延、高效率的传输要求。SCMA技术发送端采用多维码字调制技术带来星座图的赋形增益，接收端利用发送码字的稀疏性采用消息传递算法(Message Passing Algorithm，MPA)来实现低复杂度接收译码。SCMA技术主要研究方向为编码端的码本设计以及接收端的MPA算法。本文对接收端的MPA算法进行研究，针对上行链路同步以及异步的情况分别进行讨论，实现了MPA算法复杂度的降低以及性能的提升。　　MPA算法作为次优的多用户检测算法，利用码字的稀疏特性可以使得性能接近最大后验概率(Maximum A Posterior,MAP)算法。在SCMA上行链路中，首先分析了上行链路同步系统，MPA算法的复杂度非常高，它随着用户数和码本大小的增加呈指数增长，所以本文提出一种基于阈值的球形译码MPA算法。一方面通过阈值的设置来对可靠的用户提前译码，另一方面通过设置译码半径来减少译码时的叠加码字星座点来进一步减少阈值MPA算法的复杂度。与原始MPA算法相比，本文提出的基于阈值的球形译码MPA算法在选取恰当的阈值以及译码半径的条件下，可以实现较低的复杂度以及与原始MPA算法相差很小的误码性能。　　由于在实际通信环境中，用户信号达到基站存在不同的时延现象，所以本文还考虑了上行链路异步时的接收端MPA算法。我们根据接收端信号时间域的结构，考虑当用户时延在一个码片周期内时的情况。基于同步上行链路对于MPA算法的研究分析以及异步下接收信号的结构，我们给出了部分信息译码MPA算法。由于部分信息译码未能考虑相邻码字带来的额外信息，在此基础上分别结合了等增益信息合并算法以及串行迭代算法给出了三种改进的MPA接收算法。最后，对改进算法从译码性能，复杂度以及收敛性三个方面进行了全面的分析。

关键词：第五代移动通信系统稀疏码分多址接入多用户检测 MPA算法

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基于矢量处理器的5G-NR上行控制信道实现技术研究

基于矢量处理器的5G-NR上行控制信道实现技术研究

引用

作者：汪芸东南大学

学位级别：硕士

在第四代移动通信长期演进技术(4G LTE,4G LTE,the 4th Generation Mobile Communication System Long Term Evolution)系统的基础上,移动通信数据业务迅速发展,不同维度的新应用和新技术也开始涌现,这对无线网络的发展提出了更大的挑... 详细信息

在第四代移动通信长期演进技术(4G LTE,4G LTE,the 4th Generation Mobile Communication System Long Term Evolution)系统的基础上,移动通信数据业务迅速发展,不同维度的新应用和新技术也开始涌现,这对无线网络的发展提出了更大的挑战。第五代移动通信新空口技术(5G NR,the 5th Generation Mobile Communication System New Radio)系统为了应对更高的系统吞吐量、更低的传输时延、更高的可靠性以及更多的用户连接数这些方面的需求而被提出。本文针对5G NR系统物理上行链路控制信道,以3GPP协议性能要求为基准,研究了此信道不同格式发送和接收链路的实现原理,设计了不同格式的接收机的基带处理算法,在软件仿真平台上对算法进行了性能上的仿真与验证,基于矢量处理器设计了数据并行处理的接收机函数,具体的工作有:首先,本文分析了5G NR系统中的物理层基础结构,包括参数集帧结构和物理时频域资源。归纳了物理上行链路控制信道(PUCCH,Physical Uplink Control Channel)几种格式的特点,并介绍了在此信道中使用的序列生成原理以及传输的上行控制信息的内容,总结了高层对控制信道资源分配的方式。其次,针对不同的格式特点,本文分析了不同格式的基带处理过程,设计了不同的接收机算法。针对基于序列选择生成的PUCCH格式0采用了相关检测的接收算法,针对具有正交扩频且与导频序列在时域上进行复用的PUCCH格式1采用先解扩再进行LS信道估计、信号检测及解星座映射的过程实现检测接收,针对携带大量上行控制信息的PUCCH格式2/3/4采用传统的接收机结构进行检测接收,以PUCCH格式2为例,详细说明了各个步骤中使用的算法,包括基于维纳插值滤波的信道估计算法、基于MMSE的信号检测算法、基于软比特的解调和解扰算法以及基于快速哈达玛变换的Reed Muller码译码算法。在软件仿真平台上验证了所有接收算法的可行性。最后,本文使用CEVA公司提供的XC4500芯片架构作为DSP软件开发平台,采用矢量处理架构和C编译器同时设计的定点化高级编程方案,完成PUCCH接收机的软件算法实现。根据自顶向下逐步求精的结构化程序设计方法,从PUCCH接收机主函数出发,细化设计了不同格式的接收处理函数,包括序列生成、相关处理、信道估计、信号均衡、RM码译码等。本文充分利用了DSP芯片的超长指令字架构和单指令多操作概念的特性,通过该特点设计的函数可以实现数据并行处理达到加速接收处理过程,最终验证设计的接收机算法有一定的实用价值。为今后工程上实现PUCCH接收链路和搭建整个5G-NR物理层基带收发机提供基础。

关键词：第五代移动通信系统物理层上行控制信道检测接收矢量处理

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基于内容中心网络的移动通信架构研究

基于内容中心网络的移动通信架构研究

引用

作者：陈昱彤天津大学

学位级别：硕士

随着移动数据业务应用范围的日益扩大,内容化和个性化已成为当前互联网发展的主旋律。然而当前基于TCP/IP的互联网体系架构逐渐在移动性、安全性以及可部署性等方面暴露出不足,极大地阻碍了内容的获取与分发,亟需寻找一种“革命性”的... 详细信息

随着移动数据业务应用范围的日益扩大,内容化和个性化已成为当前互联网发展的主旋律。然而当前基于TCP/IP的互联网体系架构逐渐在移动性、安全性以及可部署性等方面暴露出不足,极大地阻碍了内容的获取与分发,亟需寻找一种“革命性”的解决方案来构建新一代的网络体系架构。内容中心网络以内容为核心,将数据的位置与个体解耦,采用基于名称数据的路由和转发方式,有效地解决了IP地址空间耗尽等一系列问题。与IP网络相比,内容中心网络的创新型网络架构更适合未来互联网的发展。移动互联网和物联网是未来互联网的重要组成部分,特别在高速移动的使用场景下内容中心网络能够保证其通信性能的大幅提升。本文分别将第五代移动通信系统(5G)、车联网与内容中心网络结合起来以构建新型的移动通信架构,并对其通信性能进行测试。首先,针对5G的愿景与需求,详细分析其在移动通信性能方面的期望,提出在传统移动通信网络架构的基础上,在网络层部署内容中心网络的内容块协议,构建基于内容中心网络的5G移动通信架构。并在内容中心网络的通信仿真平台ndnSIM 2.0中对该移动通信架构的性能进行仿真实验,实验表明该移动通信架构网络层用户体验速率均值为127080kbps、端到端传输延时远小于1ms、传输干扰时间为400～470ms,均能较好地满足5G未来的发展需求;此外,鉴于当前基于IP地址的“瘦腰”部分无法很好地适应车联网面向内容本身的转变趋势,提出在传统车联网架构的基础上利用内容中心网络的内容块协议来代替IP协议,构建基于内容中心网络的车联网移动通信架构。通过在ndnSIM 2.0中对上述移动通信架构网络层的性能进行仿真实验,可得出该架构网络层因数据请求者快速移动而产生的传输干扰时间约为390ms,端到端时延也低于WAVE协议要求的0.200ms。综上,基于内容中心网络的新型移动通信架构在移动性、传输延迟等方面具有较大的优势。加之内容中心网络具备较好的兼容性,更加适合未来互联网的发展。

关键词：内容中心网络移动性第五代移动通信系统车联网

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全双工大规模MIMO中继系统性能分析与方案设计

全双工大规模MIMO中继系统性能分析与方案设计

引用

作者：邓鹏飞西北师范大学

学位级别：硕士

在过去的10年里,我们共同目睹了现代无线通信技术的快速发展和其对我们日常生活及生产力发展所带来的巨大变化。然而,随着用户对无线传输需求的增加,特别是大量智能终端、物联网设备以及用户信息娱乐需求的增加,使得无线数据流量呈现爆... 详细信息

在过去的10年里,我们共同目睹了现代无线通信技术的快速发展和其对我们日常生活及生产力发展所带来的巨大变化。然而,随着用户对无线传输需求的增加,特别是大量智能终端、物联网设备以及用户信息娱乐需求的增加,使得无线数据流量呈现爆炸式增长。为此,研究人员和企业已经开始研究新的无线通信系统——第五代移动通信系统(5G)。关于5G,研究人员认为其将是多网络并存的异构网络,大规模MIMO和全双工技术被认为是两个关键核心技术。首先,当节点天线数足够大时,大规模MIMO系统能够有效地克服小规模衰落和加性噪声,系统拥有更高的频谱效率和能量效率;其次,如果系统能够有效的抑制环路干扰,全双系统因信道资源利用率的提高可进一步改善频谱效率。本论文对基于全双工的大规模MIMO中继系统进行研究,在放大转发(amplify and forward,AF)和解码转发(decode and forward,DF)两种协议下获得了系统配置方案并研究了系统的频谱效率和能量效率,同时研究不同的功率分配方案和系统配置对环路干扰的抑制作用,并给出比较研究结果。(1)给出了基于放大转发协议的全双工大规模MIMO中继系统的实现方案,该方案由多用户两跳中继系统构成,系统用户终端单天线配置,中继配有大规模天线阵列,中继(或基站)采用全双工模式在同一时-频资源接收、放大转发信号。对此,论文研究了系统的频谱效率和能量效率,获得了系统频谱效率与能量效率的近似估计,并考虑了三种功率分配方案。研究发现,只有当采用第二种功率分配方案时,全双工大规模MIMO AF中继系统能够抑制环路干扰,从而可以显著的改善系统性能,获得频谱和能量增益。(2)研究了基于解码转发协议的全双工大规模MIMO中继系统,获得了系统的频谱效率与能量效率,并对AF和DF系统的频谱效率、能量效率以及对环路干扰的抑制作用做了比较分析。论文发现,与AF协议不同,由于DF协议对上、下链路的隔离效果,全双工MIMO DF中继系统不仅在第二种功率分配方案下能够抑制环路干扰,而且还在第三种功率分配方案下能够抑制环路干。与AF类似,在第一种功率分配方案下DF系统也无法抑制环路干扰。同时,论文还发现当下行链路强于上行链路时,AF系统优于DF系统,环路干扰对DF系统有较大影响;相反,当上行链路强于下行链路时,AF系统与DF系统的性能差较小,环路干扰对DF系统的影响较小。(3)给出了半双工大规模MIMO中继系统的实现方案,并与全双工中继系统进行了比较与分析。论文发现,当环路干扰等级较高时,全双工系统将会放大环路干扰,此时半双工系统将会优于全双工系统。因此,基于上述考虑,我们最后提出一个混合的全-半双工(hybrid full-and-half duplex,H-FH-duplex)大规模MIMO AF中继系统方案,其特点是根据系统参数尤其是环路干扰等级,系统将在全双工与半双工模式之间进行转换,从而可同时克服全双工和半双工系统的不足,进一步改善系统性能。

关键词：第五代移动通信系统大规模多入多出全双工频谱效率能量效率

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面向5G协议的网络编码传输方案设计及Ns3仿真实现

面向5G协议的网络编码传输方案设计及Ns3仿真实现

引用

作者：朱晨晨西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着移动通信系统的发展,第五代移动通信系统的超高速率的要求使得毫米波频段逐渐进入人们的视野。虽然毫米波频段有大量可用带宽,但是毫米波的波长短,在传输中衰减较为明显,绕射能力差并且路径损耗也很严重。这些高频固有的缺陷导致需... 详细信息

随着移动通信系统的发展,第五代移动通信系统的超高速率的要求使得毫米波频段逐渐进入人们的视野。虽然毫米波频段有大量可用带宽,但是毫米波的波长短,在传输中衰减较为明显,绕射能力差并且路径损耗也很严重。这些高频固有的缺陷导致需要有很密集的基站部署,按照原有的4G光纤回传方案是不太现实的,因为这会导致通信的成本骤增。于是3GPP在原有LTE中继的基础上,提出综合接入回传的概念,使用无线回程的方案。在网络拥塞的情况下,无线回程部署的配置具有提高整体网络吞吐量以及减少通信延迟的潜力,但同时无线回传也对传输的可靠性和时延提出了极大的挑战,无线信道的不确定性成为急需解决的问题。在二十世纪末,信息理论框架、拟阵与信息论等理论研究取得的进展促进了分布式编码、信息不等式等理论研宄的发展。由此,催生了“网络编码”这个新的研究领域。网络编码最主要的特点是突破了传统数据传输中存储转发的固定模式,使得节点具有对数据进行处理的能力。一方面通过在中间节点进行网络编码可以提高网络的容量,另一方面在源节点进行网络编码可以使数据具有等同性,进而通过增加前项冗余来减少重传,降低网络整体的时延。网络编码凭借其独特的优势为无线回传提供了新的解决方案。本文通过研究网络编码在现有5G接入网传输协议中的应用问题,验证了在接入网数据传输中引入网络编码带来的增益。并针对时下热门的H.264SVC视频传输场景,给出了基于网络编码的不等差错保护方案,展示了网络编码的巨大潜力。本文的主要贡献如下:(1)考虑现有5G接入网协议体系,设计耦合网络编码层的新协议栈。本文提出了一种网络编码层的设计方案,在信源处对原始数据包进行网络编码,通过增加编码冗余数据包来保证传输的可靠性,并且减少重传,进而对传输时延也有一定的增益。之后对各层丢包率进行调研,选择网络编码增益效果最明显的链路层作为网络编码的耦合位置。给出了报头的设计方案,并尽可能小地减少开销。同时,针对网络编码传输方案,设计了一种网络编码的重传机制,在保证译码成功率的情况下进一步减少重传。并且在ns-3平台上对传输方案进行了系统仿真,对比采用网络编码的协议栈和传统协议栈的传输性能,仿真结果表明网络编码方案对接入网数据传输有明显的增益。(2)针对H.264 SVC视频传输,本文提出了一种基于网络编码的不等差错保护方案。在不破坏视频帧结构的情况下,对编码矩阵的特殊化构造,通过优化基础层数据包和增强层数据包在度分布中的占比,使得基础层的度分布占比优于增强层,进而实现对基础层重要数据的保护。基于这种不等差错保护思想提出了RLNC-UEP、稀疏型RLNC-UEP以及系统型RLNC-UEP几种不等差错保护方案。从理论上对方案性能进行分析,给出了不等差错保护方案性能的上下界。并对提出的几种方案与EEP方案进行仿真对比,验证了网络编码UEP方案的在传输分层数据时性能的优势。

关键词：网络编码第五代移动通信系统综合接入回传可伸缩视频编码

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上行免授权uRLLC业务的传输调度研究

上行免授权uRLLC业务的传输调度研究

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作者：姚露芳四川师范大学

学位级别：硕士

第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communications Systems,5G)被认为是一种基础设施性的通信平台，可以为许多垂直行业提供灵活、丰富的通信服务,未来将展现出巨大的经济价值和效益。5G考虑了三大主要业务类别:提供高数据速... 详细信息

第五代移动通信系统(5th Generation Mobile Communications Systems,5G)被认为是一种基础设施性的通信平台，可以为许多垂直行业提供灵活、丰富的通信服务,未来将展现出巨大的经济价值和效益。5G考虑了三大主要业务类别:提供高数据速率和高频谱效率的增强型移动宽带(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)，支持大量机器类型设备访问的海量机器类型通信(Massive Machine Type Communications,mMTC),以及支持任务关键型通信的超可靠低时延通信(Ultra-Reliable Low-Latency Communications,uRLLC)。在三个服务类别中，uRLLC面向自动驾驶、远程医疗、工厂自动化等垂直领域的通信需求，有巨大的市场前景。然而，在通信过程中，低时延和高可靠性这两个性能要求往往相互交织和彼此影响，在uRLLC业务中同时满足这两方面的要求面临巨大的技术挑战。　　目前，免授权(Grant-Free,GF)接入被视为提升uRLLC业务上行传输性能的有效技术。免授权接入免去了上行资源的调度请求过程，降低了信令开销，减少了上行传输时间，具备保障uRLLC业务的低时延需求的先天优势。然而，GF接入的基本思路是为周期性的通信业务预先分配专用传输资源，并不能完美适配uRLLC业务的间歇性传输。当uRLLC业务没有数据发送请求时，为uRLLC用户分配专用传输资源将造成巨大浪费。针对uRLLC业务的特殊性，如何在用户间进行GF传输资源的共享，是uRLLC业务与GF接入技术相结合必须解决的问题，具有较强的研究价值。　　针对上述问题，本文开展以下三个方面的研究:　　(1)在GF的上行传输架构下，提出了基于分集技术的uRLLC用户动态调度方案，在保证传输可靠性的前提下实现了系统吞吐量最大化。首先，基于分集技术将GF的上行传输资源进行结构化处理，分为专用资源和共享资源两部分。然后，在专用资源部分，将用户调度到一个专用的时频资源块上进行数据传输;在共享资源部分，通过用户调度,在一个时频资源块上实现两个用户固定次数的副本传输。最后，定义了以用户调度方案为优化变量的最大化系统上行吞吐量的优化问题。由于优化问题的非凸性，利用遗传算法对问题进行求解。仿真结果验证了所提算法的有效性，在保障了 uRLLC业务的可靠性的同时，有效提升了系统的上行吞吐量。　　(2)针对用户副本传输次数固定而引起的资源利用率下降的问题，提出了误码率最小化的uRLLC用户副本动态传输方案，增加了共享资源部分时频资源块的用户使用频次。首先，在专用资源的时频资源块上进行用户的数据传输。然后，在共享资源的时频资源块上进行用户副本的动态传输。由于用户副本的传输次数可动态变化，因此每个用户的传输可靠性会受到影响。于是，选取误码率为目标，定义了以副本动态传输方案为优化变量的最小化系统误码率的优化问题。由于该问题的非凸性，因此利用粒子群算法进行了问题求解。仿真结果表明，该方案不仅提升了系统的误码率性能，并且共享资源的时频资源块可以容纳更多的用户进行副本传输。　　(3)针对多基站多用户的uRLLC上行传输场景，提出了全网吞吐量最大化的用户副本动态传输方案。首先，用户根据信道条件选择最优基站进行接入。然后，基站根据关联的用户数进行GF结构化资源的划分。在每个基站的可用传输资源中，关联该基站的用户被首先调度到专用的时频资源块上进行数据传输，然后将基站的剩余资源全部用来进行基站关联用户的副本动态传输。最后，选取全网吞吐量为目标，定义了以副本动态传输方案为优化变量的最大化全网吞吐量的优化问题。由于该问题的非凸性，利用粒子群算法对问题进行了求解。仿真结果表明，该方案在保障传输可靠性的前提下，可以有效提升全网的传输速率。

关键词：第五代移动通信系统超可靠低时延通信免授权接入传输调度

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