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cLB:a multilevel co-operative load balancing algorithm for c-ran architecture

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Digital communications and Networks 2019年第4期5卷 308-316页

作者： B.Mahapatra R.Kumar A.K.Turuka S.K.Patra department of computer sciences&engineering national institute of technology rourkelarourkela769008india department of electronics and communication engineering national institute of technology rourkelarourkela769008india

The Fifth-Generation(5G)cellular and wireless communication envisage to integrate multiple technologies to provide a wide range of *** rapid growth of Information and communication Technology(IcT)needs a common cellular platform to increase the network’s extensibility and *** cloud Radio Access Network(c-ran)offers a scalable and flexible Base Station(BS)architecture for the next-generation wireless and mobile networks,where the BS functionality is split into a distributed radio unit known as Remote Radio Head(RRH)and a centralized BaseBand Unit(c-BBU).To further make the c-BBU scalable and flexible,the baseband signal processing is carried out over a virtualized *** load at the RRH and c-BBU can vary from under-loaded to overloaded conditions which increase the power consumption and degrade the Quality-of-Service(QoS)of the *** this paper,we formulate under-loaded and overloaded conditions at the RRH and the c-BBU,and propose a co-operative Load Balancing(cLB)algorithm for handling the cellular traffic in real-time under different load *** proposed cLB aims to maximize the utilization of hardware resources at the RRH and *** cLB algorithm is compared with cDI,cZ,NDLB,DLB in the first phase for the RF load *** the second phase of simulation,cLB is compared with the FcFS,IWRR,OLB,GP and TLB algorithms for server(c-BBU)load *** parameters considered for comparison are:User Entity(UE)waiting time,blocking probability and processing time at the RRH and the *** results show that the use of co-operative load balancing technique improves the QoS in the c-ran by reducing the blocking probability and UE waiting *** cLB algorithm is validated with LTE TU-Vienna and cloudSim simulators for the RRH and the c-BBU,respectively.

关键词： c-ran c-BBU cLB RRH Load balancing

c-ran系统下联合处理与协同波束赋形的预编码研究

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C-RAN系统下联合处理与协同波束赋形的预编码研究

作者：曾银强重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着无线通信的普及,人们的日常生活已经和无线通信服务密切相关。未来,节约能源、节约资源、保护环境将成为新一代无线技术的研究方向。为了应对竞争日益激烈的通信服务市场,同时促进绿色通信技术的发展,中国移动提出了建设实时云型基... 详细信息

随着无线通信的普及,人们的日常生活已经和无线通信服务密切相关。未来,节约能源、节约资源、保护环境将成为新一代无线技术的研究方向。为了应对竞争日益激烈的通信服务市场,同时促进绿色通信技术的发展,中国移动提出了建设实时云型基础设施的无线接入网(centralized,cooperative,cloud ran,c-ran)。作为未来的绿色无线接入网,c-ran将传统基站一分为二,其中包括:远端无线射频单元、集中式基带处理池。本文在此背景下,研究c-ran协作式无线网络的预编码技术,为协作多点传输技术提供可参考方案。LTE-A标准中定义了两种主要的协作多点技术:联合处理(JT-Processing,JP)技术和协作调度/波束赋形(coordinated Scheduling/Beamforming,cS/cB)技术。本文重点研究这两种多点协作传输的预编码技术。在JP环境下,由于协作多点信号存在符号定时偏差和载波频率偏移的影响。为了降低联合传输协作系统对异步信号的敏感度,本文提出了正交预编码的同步算法。该方法利用Walsh码的相互正交特性,抑制多点协作系统中同步偏差的影响。在此基础上提出了两种结合不同的传统估计的正交预编码算法。通过理论和仿真分析,该方法能有效解决联合传输技术中的同步偏差问题,提高系统传输性能。在cS/cB的研究方面,为了满足绿色通信的要求,从功率消耗的角度进行波束赋形预编码设计。针对基于能量效率(Energy-Efficiency,EE)准则的波束赋形预编码设计,建立了蜂窝网的功率消耗模型,并提出了在发射天线不确定的情况下,联合协作波束赋形和天线选择的发射方案。相比较于基于能量效率的波束赋形算法,本文提出的方案能够更进一步降低能量消耗和抑制用户间干扰。仿真表明本文的方案能够有效的提高通信系统的能量效率参数,性能优于传统的波束赋形预编码方法。

关键词： c-ran 联合处理协作调度/波束赋形预编码

c-ran中LTE回传压缩技术的研究与实现

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C-RAN中LTE回传压缩技术的研究与实现

作者：宋扬电子科技大学

学位级别：硕士

随着移动通信技术快速地发展,运营商要投入巨大的人力、财力、物力进行建设、运营、维护和升级等管理;网络覆盖越来越紧密,运营商还需投入大量基站,这势必导致高额能耗。c-ran采用集中式基带处理池和分布式射频拉远单元的部署方式,有效... 详细信息

随着移动通信技术快速地发展,运营商要投入巨大的人力、财力、物力进行建设、运营、维护和升级等管理;网络覆盖越来越紧密,运营商还需投入大量基站,这势必导致高额能耗。c-ran采用集中式基带处理池和分布式射频拉远单元的部署方式,有效地降低了无线接入网的建设与运维成本。然而基带处理池和射频拉远单元之间的回传网络必须能够承受巨量的实时基带信号,在20MHz带宽的LTE-A系统中,采用8天线配置,基带数字信号速率高达9.8304Gbps。本文针对上述背景,分析和研究了基于I/Q基带数据的压缩方法,利用MATLAB仿真了不同频域压缩器和量化器的配置对压缩模块性能的影响。还针对重采样后基带信号的统计特性,改进了压缩模块。经仿真,改进后的压缩模块的性能满足3GPP对EVM(dB)(Error Vector Magnitude,误差向量幅度)上限-21.9382dB的要求,其EVM(dB)达到-35.3308dB,压缩比率为2.1818。本文将I/Q压缩模块和改进后的压缩模块嵌入LTE系统的PDScH链路进行仿真,除64QAM调制方式下有1dB内的损失,QPSK和16QAM调制方式下的误码率性能稳定。本文还设计了基于联合Turbo译码的上行协作回传压缩方法,利用两个射频拉远单元分别回传解速率匹配后的其中两流软比特信息,在基站端利用这四流软比特信息进行联合Turbo译码。经MATLAB仿真,QPSK调制方式下,误码率为610?时,两个协作的射频拉远单元需要的最小信噪比分别是4dB和4dB,而不协作的射频拉远单元需要的最小信噪比为7dB。协作的两个射频单元分别回传2流软比特信息相对于单个射频单元回传I/Q数据,QPSK调制方式下压缩比率为3.2,16QAM调制方式下的压缩比率为1.6,64QAM调制方式下的压缩比率为1.0667。最后,本文还将改进后的I/Q基带数据压缩算法在Freescale MSc8156 DSP上实现,模块的测试结果表明,DSP上压缩模块较MATLAB压缩模块的EVM(dB)有6.4445dB的损失,单个压缩模块占用存储器空间较少,处理周期为0.243854ms。此外,本文还将压缩模块和解压缩划分在AMc(Advanced Mezzanine cards)板卡的两个核上,嵌入多核DSP上的PDScH链路,测试结果表明,DSP链路较MATLAB链路达到610?误码率时有4dB左右的信噪比损失,QPSK调制方式下损失较小,16QAM和64QAM调制方式下损失稍大。

关键词： c-ran LTE 回传网络压缩 DSP

c-ran架构中适用于干扰消除的资源分配机制

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电讯技术 2016年第2期56卷 117-121页

作者：刘占军彭霞何宏智周诗妍重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

针对在c-ran(clean-Radio Access Network)架构无线网络中的干扰消除机制会带来背景噪声放大的问题,利用c-ran架构网络的集中式处理,从而可以对全网络系统求解干扰。在定义网络背景噪声放大因子的基础上,将网络中背景噪声放大的最小化... 详细信息

针对在c-ran(clean-Radio Access Network)架构无线网络中的干扰消除机制会带来背景噪声放大的问题,利用c-ran架构网络的集中式处理,从而可以对全网络系统求解干扰。在定义网络背景噪声放大因子的基础上,将网络中背景噪声放大的最小化问题建立为以资源分配集合为可行空间、以最小化背景噪声放大因子为目标函数的最优化数学模型,并给出了利用遗传算法进行求解的方法,在此基础上设计了资源分配的机制。对该机制的仿真结果表明:将此机制应用到cran构架网络中,能有效降低误码率,提升网络中用户公平性和吞吐量。

关键词： c-ran 干扰消除矩阵最优化模型频率分配

c-ran协作通信系统中基于正交预编码的同步算法

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电讯技术 2016年第3期56卷 241-245页

作者：余翔曾银强郑寒冰重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

在c-ran(centralized,cooperative,cloud ran)无线网络架构中,协作多点传输受到符号定时偏差和载波频率偏差的影响。为了降低联合传输协作系统对异步信号的敏感性,将正交预编码的同步算法应用到联合传输协作系统中。首先,发射机发送经... 详细信息

在c-ran(centralized,cooperative,cloud ran)无线网络架构中,协作多点传输受到符号定时偏差和载波频率偏差的影响。为了降低联合传输协作系统对异步信号的敏感性,将正交预编码的同步算法应用到联合传输协作系统中。首先,发射机发送经过重复编码和正交预编码矩阵处理后的数据信息;然后,接收机利用特定的接收矩阵,实现分离相互叠加的异步协作信号;最后,完成对协作信号载波频率偏差和符号定时偏差的估计和补偿。理论分析和仿真结果表明:该方法能够有效解决协作传输中信号异步问题,改善系统性能。

关键词： c-ran 协作多点传输正交预编码同步算法

c-ran系统中计算资源和无线资源联合分配机制研究

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C-RAN系统中计算资源和无线资源联合分配机制研究

作者：李英石北京邮电大学

学位级别：硕士

随着移动互联网的飞速发展,用户数量以及数据业务量不断增长,运营商一方面要解决基站超密集部署下的成本问题,另一方面要解决频谱资源稀缺无法满足用户需求的问题。云无线接入网络(cloudRadio Access Network,c-ran)作为一种绿色低碳的... 详细信息

随着移动互联网的飞速发展,用户数量以及数据业务量不断增长,运营商一方面要解决基站超密集部署下的成本问题,另一方面要解决频谱资源稀缺无法满足用户需求的问题。云无线接入网络(cloudRadio Access Network,c-ran)作为一种绿色低碳的新型无线网络架构可以解决上述问题,c-ran系统通过大规模集中化的基带处理单元(BasebandUnits,BBUs)组成的 BBU 池配合远端射频头(Remote Radio Heads,RRHs),将资源处理集中化,能够有效提升网络性能。通过高效灵活的计算资源和无线资源管理机制可以充分利用c-ran系统优势,为解决无线网络所面临的技术瓶颈提供可能,然而如何调度好这些资源处理其关系仍是需要深入研究的问题。本文重点探讨计算资源和无线资源联合分配机制,从系统功耗和吞吐量这两个角度出发,提出相应的优化机制,具体贡献如下:(1)提出了一种基于QoS的计算资源和无线资源联合分配机制。为了实现计算资源与无线资源的联合分配,本文首先引入计算需求模型,随后引入新的QoS约束条件,确保分配结果对瞬时信道变化的适应性。将系统总功耗最小化问题划分为用户-虚拟机映射建立和发射功率分配这两个步骤进行求解,以降低算法计算复杂度保证其时效性。仿真结果表明所提机制相比其他两种基准机制可以节约更多的系统功耗。(2)提出了一种基于RRH协作的计算资源和无线资源联合分配机制。计算资源在一定程度上约束着RRH协作的规模,虽然采用协作传输技术可以为用户带来较高的传输速率,但随之而来的处理负载和巨大的处理功耗也是不得不考虑的问题。本研究点将计算资源的分配和RRH协作传输相结合,提出以用户虚拟机匹配的方式而不是采用传统的装箱算法解决计算资源的分配,管理模式更具合理性。通过RRH协作簇初始化、用户-虚拟机映射建立、波束赋形矢量求解这三个步骤对系统吞吐量进行优化。通过仿真验证,所提机制在系统吞吐量和能效上都比基准机制有所提升,同时也保证了系统功耗的节约。

关键词： c-ran 计算资源无线资源 QoS RRH 协作

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c-ran网络中多小区频谱资源分配研究

C-RAN网络中多小区频谱资源分配研究

作者：朱联军重庆邮电大学

学位级别：硕士

移动通信网络具有典型的“潮汐效应”,即网络流量在一天中的不同时刻起伏较大。现有通信网络主要按照用户的最大化需求来进行设计和建设,网络资源利用率偏低。在c-ran网络中,通过基带处理单元对各个小区进行统一管理,为频谱资源的集中... 详细信息

移动通信网络具有典型的“潮汐效应”,即网络流量在一天中的不同时刻起伏较大。现有通信网络主要按照用户的最大化需求来进行设计和建设,网络资源利用率偏低。在c-ran网络中,通过基带处理单元对各个小区进行统一管理,为频谱资源的集中化处理提供了条件,以此实现频谱资源的动态分配,提高频谱资源使用效率。本文研究c-ran网络中的频谱资源分配,主要工作如下:1.设计了一种基于Markov转移模型的小区用户数预测机制,命名为HcPTI。将复杂移动模型进行简化,利用排队论,建立基于小区用户数的Markov转移模型。分析用户到达率和离开率,并对其予以求解。求解排队模型不同时刻的瞬态解,得出不同时刻小区用户数的期望值。综合考虑预测误差和系统开销,求出HcPTI预测机制的最佳预测周期,把最佳预测周期下求得的用户数期望值作为预测结果。在最佳预测周期下把HcPTI预测机制与时间序列自回归预测(AR)方案作进行仿真性能比较,结果表明,HcPTI预测机制的预测性能更优。2.基于小区用户数预测机制,设计了频谱资源初次分配方案(命名为FABDR)和相应的调整分配方案(命名为INRA)。根据用户日常使用网络资源概率的变化情况,求出各个小区在不同时刻的带宽需求。综合考虑载波大小、频谱资源利用率和分配次数这三个因素,确定频谱资源分配的最小分配单元(MAU)。在分配周期的起始时刻对各小区进行频谱资源的初次预分配,当频谱资源供需不匹配时,进行频谱资源分配的调整。综合考察频谱资源利用率、系统容量、系统阻塞率和能耗,把本文分配方案与固定分配方案和周期批处理动态分配方案进行仿真性能比较,结果表明,本文分配方案综合性能更优。

关键词： c-ran Markov转移模型预测机制小区用户数频谱分配

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c-ran系统中的资源管理策略研究

C-RAN系统中的资源管理策略研究

作者：王诗蕊北京邮电大学

学位级别：硕士

最近,随着智能电子设备和OTT应用的激增,导致数据流量需求的指数增长,无线网络已经从传统的以连接为主的通信（如电话和短信）转变为以多媒体内容（如视频和内容共享）为主的通信。为了适应这种流量需求的变化,提高资源利用率并降低网... 详细信息

最近,随着智能电子设备和OTT应用的激增,导致数据流量需求的指数增长,无线网络已经从传统的以连接为主的通信（如电话和短信）转变为以多媒体内容（如视频和内容共享）为主的通信。为了适应这种流量需求的变化,提高资源利用率并降低网络部署成本,c-ran（cloud radio access networks）有望成为5G网络中极具变革性的架构。c-ran的典型特点是将传统基站分解为基带处理单元（BBU）和无线射频拉远头（RRH）。由于c-ran架构的灵活性,使它在网络资源管理和技术融合方面显示出了巨大潜力。在此背景下,本文从c-ran架构出发,综合利用无线通信资源、计算资源和缓存资源,以降低系统功耗为目的,对c-ran中的资源分配策略进行了研究。本文的主要贡献如下:首先,本文对c-ran架构的研究背景、意义和发展现状进行调研,阐述了 c-ran中资源管理的重要性,并总结了本文所涉及的一些关键技术应用。然后,在满足用户时延约束的条件下,综合考虑BBU池中的计算资源和RRH端的无线通信资源,对c-ran中的跨层资源分配策略进行了研究。利用排队论的思想,将云处理过程和传输过程描述成一个两次排队模型,建立的优化目标是通过动态调整BBU池中软件定义的虚拟机（VM）、RRH和用户之间的映射,在确保用户时延限制的同时最大限度地降低系统功耗。并采用改进的遗传算法进行该优化问题的求解。最后将提出的算法与DL算法进行对比,通过仿真验证算法的有效性和可行性。最后,为了减少前传和回传链路的功率开销,本文在c-ran架构中引入了缓存机制。提出了一种协作分层缓存放置策略,即在BBU池和RRH端分别放置云缓存和边缘缓存。并在RRH最大发射功率限制和用户传输最小速率限制条件下,建立系统功耗最小化的优化模型,并采用遗传算法进行求解。最后通过仿真验证了提出的缓存策略和算法的有效性,并给出了不同情况下的仿真结果。

关键词： c-ran 跨层资源分配缓存机制遗传算法

c-ran下载波迁移的负载预测方法及迁移调度策略研究

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C-RAN下载波迁移的负载预测方法及迁移调度策略研究

作者：陈文杰西安电子科技大学

学位级别：硕士

c-ran是一种新型的绿色无线接入网架构,该架构通过将处理资源集中化放置来构造一个基带资源池,并通过虚拟化和软件无线电技术将处理资源抽象成一个个虚拟的基站来向通信用户提供服务,从而极大的节省了站点的建设维护及扩容升级成本。c-... 详细信息

c-ran是一种新型的绿色无线接入网架构,该架构通过将处理资源集中化放置来构造一个基带资源池,并通过虚拟化和软件无线电技术将处理资源抽象成一个个虚拟的基站来向通信用户提供服务,从而极大的节省了站点的建设维护及扩容升级成本。c-ran中的载波迁移机制是基带池实现资源共享、热点消除及容灾容错功能的关键所在,其实质即为将高负载虚拟基站中的负载业务实时无感知的迁移到其他低负载虚拟基站的过程。载波迁移机制首先需要通过对各个虚拟基站进行负载状态预测,来确定哪个虚拟基站的负载业务需要迁移以及该迁移到哪;然后则需要为待迁移的负载业务确定一种高效的迁移调度方案以使得迁移的代价尽可能低。因此如何对虚拟基站进行负载预测以及如何对负载业务进行迁移调度是c-ran载波迁移机制中的两大关键问题,本文主要针对这两部分内容进行研究。本文的主要工作及创新如下:(1)关于如何对虚拟基站进行负载预测,本文首先对虚拟基站上业务负载的变化规律进行了分析,指出了其具备潮汐效应特征、周期性特征和自相似长相关的突发性特征,以此说明对虚拟基站负载状态进行预测的可行性。接着本文利用GRNN网络来建立负载预测的模型,通过该模型来挖掘历史负载状态数据中所蕴含的这种规律特征。然后针对原有的模型训练算法——PSO算法在训练模型时粒子会频繁地进入冗余空间进行搜索导致完成训练所需迭代次数过大的问题,提出了一种基于优质解分布区间估计的改进PSO算法来训练负载预测模型。本文最后通过仿真验证了所提的基于改进PSO-GRNN的负载预测方法能够实现对虚拟基站负载状态的有效预测。(2)关于如何对负载业务进行迁移调度,本文首先针对现有迁移策略存在迁移耗时长、代价高的缺点,提出了以单个负载业务作为调度单位进行调度迁移的策略,并据此建立了一个基于系统总服务价值损耗的迁移调度优化模型。由于所建立的模型是一个NP-hard问题,而现有针对NP-hard问题的启发式求解方法无法适用于载波迁移这种对求解速度要求较高的场景,本文接着提出了一种两阶段的近似求解方法:第一阶段对负载业务进行分组并确定各业务组的迁移优先级;第二阶段通过LR算法来求解各业务组的迁移调度子模型,以得到具体的迁移调度方案。与此同时,针对第二阶段中要用到的LR算法存在LR乘子(?)的迭代更新方向容易偏离最优方向的问题,提出了一个方向修正的改进策略。最后通过仿真验证了所提的基于改进LR算法的两阶段载波迁移调度算法的有效性和优越性。

关键词： c-ran 载波迁移虚拟基站负载预测迁移调度 PSO算法 LR算法