5G无线接入网络:雾计算和云计算

  

本书全面深入地介绍了面向第五代移动通信系统的雾无线接入网络和云无线接入网络，包括系统架构、理论组网性能、信道估计、资源分配等，突出了云计算和雾计算与无线接入网络结合的特征及相互间差异，显示了相应的性能增益。本书籍内容详实丰富、深入浅出，可作为高等院校的通信工程、电子信息工程和计算机应用等专业的研究生和高年级本科生相关课程的教材或者理论科研参考书，也可作为相关工程技术人员的理论指导手册。

彭木根（1978-），男，北京邮电大学教授、博士生导师，教师发展中心主任。教育部重点实验室研究中心主任、IET会士、中国电子学会青年科学家俱乐部副主席、北京科技人才研究会副秘书长。获得第三十届北京五四青年奖章，入选首届国家自然科学基金很好青年基金、首届长江学者奖励计划青年学者、国家万人计划——青年拔尖人才项目等。发表本领域很好期刊论文40余篇，其中7篇论文入选ESI高被引论文数据库，Google学术引用3200余次。担任IEEE Communication Magazine、IEEE Access、IET Communications等期刊编委，在靠前学术会议上做特邀报告7次，7次获得靠前学术会议很好论文奖。出版专著译著12部，包括英文专著1部，获得中华很好出版物图书奖。获得靠前外授权技术发明专利59项，其中转让28项。曾获得高等学校科学研究很好成果奖（科学技术）技术发明奖一等奖（排名第二）和自然科学奖二等奖（排名靠前）、中国通信学会技术发明奖一等奖（排名靠前）、茅以升科技奖北京青年科技奖、靠前电气和电子工程师协会亚太区杰出青年科学家奖等。

   第1章 无线接入网络演进 001

1.1 云无线接入网络 005

1.1.1 C-RAN历史发展 007

1.1.2 C-RAN优缺点 008

1.1.3 C-RAN挑战 009

1.2 异构云无线接入网络 010

1.3 雾无线接入网络 015

1.3.1 F-RAN系统架构 016

1.3.2 F-RAN关键技术 018

1.3.3 F-RAN技术挑战 024

1.4 F-RAN网络切片架构 025

1.4.1 基于边缘计算的接入网络切片 026

1.4.2 F-RAN接入网络切片关键技术 029

1.4.3 F-RAN接入网络切片挑战 033

参考文献 034

第2章 云无线接入网络性能 039

2.1 基于空间点过程的节点位置分布模型 041

2.1.1 泊松点过程 041

2.1.2 泊松—费列罗里模型 042

2.1.3 用户距离分布 043

2.2 不同场景信道特征研究 044

2.3 有用信号分布 046

2.3.1 系统模型 046

2.3.2 信号源为单天线RRH 047

2.3.3 信号源为多天线RRH 048

2.4 数值仿真分析 048

2.5 C-RAN上行场景性能分析 052

2.5.1 系统模型 052

2.5.2 用户接入策略 053

2.5.3 系统性能分析 054

2.5.4 数值仿真分析 065

2.6 C-RAN下行场景性能分析 067

2.6.1 系统模型 068

2.6.2 用户接入策略 069

2.6.3 系统性能分析 070

2.6.4 数值仿真分析 073

2.7 C-RAN室内场景性能分析 074

2.7.1 系统模型 074

2.7.2 用户接入策略 076

2.7.3 性能分析 077

2.7.4 数值仿真分析 081

2.8 小结 083

参考文献 084

第3章 异构云无线接入网络理论性能 087

3.1 基于用户接入的H-CRAN理论性能 089

3.1.1 用户接入策略 091

3.1.2 系统性能分析 093

3.1.3 数值仿真分析 105

3.2 基于预编码策略的中断概率性能 109

3.2.1 预编码技术 109

3.2.2 系统模型 110

3.2.3 不同预编码下用户SINR分布 112

3.2.4 两种预编码策略下的系统中断概率 114

3.2.5 仿真结果分析 118

3.3 基于预编码策略的容量和误比特率性能 119

3.3.1 两种预编码的系统容量 121

3.3.2 两种预编码的平均误比特率 125

3.3.3 性能分析 126

参考文献 128

第4章 雾无线接入网络理论性能 129

4.1 基于随机几何的F-RAN理论传输性能 130

4.1.1 典型用户接入特定RRH的有效容量 136

4.1.2 典型用户接入RRH协作簇的平均有效容量 138

4.1.3 典型用户接入RRH协作簇的能量效率 140

4.1.4 基于博弈理论的传输性能优化 141

4.1.5 仿真结果与分析 150

4.2 F-RAN中基于内容缓存的传输方法 154

4.2.1 基于F-AP的内容传输 157

4.2.2 基于RRH协作簇的内容传输 158

4.2.3 内容接入策略和缓存部署方法 159

4.2.4 服务簇的传输需求量 160

4.2.5 内容传输的平均遍历速率 161

4.2.6 传输的等待时延和时延比率 165

4.2.7 面向时延性能的传输方法分析 170

4.3 仿真结果与分析 172

4.3.1 推论4-2和推论4-3的平均遍历速率的准确性验证 172

4.3.2 用户请求单个内容对象的等待时延 173

4.3.3 用户请求多个内容对象的等待时延 174

参考文献 175

第5章 云无线接入网络信道估计技术 177

5.1 信道估计技术概述 178

5.1.1 导频辅助的信道估计 179

5.1.2 基于叠加导频的信道估计 180

5.1.3 盲或半盲信道估计 182

5.2 分段导频传输方案和信道估计算法研究 184

5.2.1 系统建模 185

5.2.2 信道建模 187

5.2.3 分段导频传输 189

5.2.4 数据信号传输 191

5.2.5 信道估计算法设计 192

5.2.6 克拉美罗界 196

5.3 数据接收检测方案和导频优化设计研究 202

5.3.1 数据检测和导频结构设计 204

5.3.2 系统模型与信道建模 204

5.3.3 上行数据信号检测矩阵 205

5.3.4 前传链路导频结构设计 207

5.3.5 接入链路导频结构设计 210

5.3.6 联合MRC-ZF接收检测 216

5.3.7 基于频谱效率的导频设计 221

5.4 仿真评估与性能验证 223

5.4.1 仿真场景设置 224

5.4.2 信道估计算法的仿真实现与性能验证 225

5.4.3 导频结构优化设计的仿真实现与性能验证 229

参考文献 233

第6章 云无线接入网络的半盲信道估计 237

6.1 理想前传链路下的半盲信道估计 239

6.1.1 C-RAN传输方法 239

6.1.2 C-RAN半盲信道估计算法 240

6.1.3 仿真结果与分析 242

6.2 非理想无线前传链路下的半盲信道估计 244

6.2.1 系统模型与传输方法 244

6.2.2 半盲信道估计优化算法 247

6.2.3 仿真结果与分析 257

6.3 非理想无线前传链路下的低复杂度半盲信道估计 260

6.3.1 效益函数中容量的下界分析 260

6.3.2 效益函数中信道估计精度的上界分析 262

6.3.3 仿真结果与分析 267

参考文献 271

第7章 云无线接入网络的资源分配 273

7.1 基于业务队列的协作多点传输下的动态无线资源分配 274

7.1.1 系统模型 276

7.1.2 混合多点协作传输方案 277

7.1.3 基于马尔可夫决策过程的问题建模 281

7.1.4 低复杂度功率和速率分配策略 284

7.1.5 仿真验证与结果分析 288

7.2 基于业务队列的面向预编码优化的动态无线资源优化 292

7.2.1 系统模型 293

7.2.2 基于马尔可夫决策过程的问题建模 295

7.2.3 低复杂度协作预编码策略 297

7.2.4 性能仿真验证 302

7.3 基于业务队列的联合节点选择的动态无线资源优化 305

7.3.1 系统模型和问题建模 306

7.3.2 基于李雅普诺夫优化的问题转化 309

7.3.3 基于组稀疏波束成形的等效算法 312

7.3.4 基于松弛整数规划的等效算法 318

7.3.5 仿真验证与结果分析 322

参考文献 328

第8章 异构云无线接入网络的资源分配 333

8.1 基于业务队列的联合拥塞控制的动态无线资源优化 334

8.1.1 系统模型 336

8.1.2 准入控制模型 339

8.1.3 问题建模 340

8.2 基于李雅普诺夫优化的问题转化和分解 342

8.2.1 虚拟性能队列的引入 342

8.2.2 随机优化问题的转化 344

8.2.3 等效优化问题的分解 345

8.3 低复杂度资源分配优化算法 346

8.3.1 连续性放松 347

8.3.2 拉格朗日对偶分解 348

8.4 算法性能界分析 351

8.4.1 瞬时队列长度界 351

8.4.2 吞吐量效益性能 352

8.5 仿真验证与结果分析 354

8.5.1 仿真场景与参数设置 354

8.5.2 仿真结果与分析 354

参考文献 360

第9章 雾无线接入网络的资源分配 363

9.1 传统性能评估指标及挑战 364

9.1.1 传统性能指标 366

9.1.2 新的性能指标 367

9.2 基于经济频谱效率的资源分配 371

9.2.1 谱效模型 371

9.2.2 前传链路成本模型 373

9.2.3 经济有效的频谱效率模型 373

9.2.4 系统问题描述 374

9.2.5 系统问题建模分析 375

9.2.6 算法仿真结果分析 384

9.3 F-RAN系统联合D2D的资源分配优化 390

9.3.1 D2D模型 390

9.3.2 成本模型 392

9.3.3 系统问题描述 393

9.3.4 优化问题解决 394

9.3.5 优化问题算法仿真 402

参考文献 406