第 3 章云无线接入网络的前向回传感知设计

3.2 前传感知的协作传输和接收

3.2.1 上行链路

3.2.2 下行链路

在下行链路 C-RAN 中，每个用户的观测信号是从所有 RRH 发送的信号的叠加。具

在当前的 3G/4G 蜂窝网络中，每个被调度的用户由一个基站服务并且接收到来自所有相邻基站的干扰。C-RAN 架构的优点来自多个 RRH 协同服务用户的能力，从而小化干扰的影响。由于针对 C-RAN 中不同用户的消息都源于 CP，所以 CP 可以经由前传链路将用户消息的有用信息中继到 RRH，从而允许 RRH 进行网络范围的波束成形，以实现协作传输。
如果前传链路具有无限容量，则 CP 可以将 C-RAN 中所有用户的数据完全传达给每个 RRH，从而实现充分的协作。然而，使用有限容量的前传链路，CP 只能向每个 RRH 发送有限数量的信息。因此，CP 的关键任务是以简洁的形式将关于用户消息的信息传达给 RRH，以便尽可能地减轻干扰。
一种可能性是使用基于压缩的策略[5]，这可以被认为是在上行链路中使用的压缩转发策略的双重操作。这个想法是在 CP 处理由 RRH 发送的协同波束成形的信号。然后由天线发送的模拟信号被压缩并经由前传链路数字传输到对应的 RRH 以用于协作传输。作为更简单的替代方案，CP 可以选择通过前传链路与 RRH 直接共享用户消息，即数据共享策略[6, 7]。通过掌握的用户信息，RRH 可以自己波束成形其发送信号，然后将它们发送给用户。在下文中，我们使用基于压缩和数据共享策略量化下行链路 C-RAN 的可实现速率和前传要求。
1．压缩转发策略

如在上行链路的情况下，我们假设 CP 应用标量量化来独立地压缩波束成形信号的每个分量（尽管我们在此注意到跨越 RRH 的多变量压缩也是可能的[5]，尽管具有较高的复杂度）。压缩过程被建模为具有独立的加性高斯量化噪声的高斯测试信道。结果，RRH n 的第 m 个天线的发射信号由式（3.16）给出。

2．数据共享机制
对于下行链路C-RAN的压缩策略的替代方案是，CP可以直接与RRH共享用户消息，而不是发送波束成形信号的压缩版本，然后 RRH 本地执行波束成形，并且将波束成形的信号协作地发送给用户。

观察到上面没有量化噪声项。因此，如果式（3.22）中给出的 ZF 波束成形设计适用于所有用户，则可以类似于式（3.23）所做的（但没有量化噪声）获得数据共享策略下的用户 k 的可实现速率，即

3．性能评估
图 3.4 显示了以用户为中心聚类下的下行链路 C-RAN 中在压缩和数据共享策略之间每个信元和比率的比较。网络设置类似于表 3.1 给出的上行链路，每个小区有 3 个 RRH，除了每个 RRH 的天线数设置为 M=4，每个 RRH 的平均发射功率设置为 43 dBm。压缩策略中以用户为中心的群集的大小是固定的，而数据共享策略的群集大小为 1～10。从图中观察到与单小区基线相比，C-RAN 在上行链路情况下带来了相当大的性能提升。在 6 倍接入速率的前传容量下，协作传输几乎能使得和速率翻倍。
还要注意的是，在较低前传容量的情况下，数据共享优于压缩，而在较高前传容量的情况下，压缩优于数据共享。原因是在数据共享策略中，每个用户的消息被重复地通过不同的前传链路发送到其服务的 RRH，当群集尺寸很大时，前传的使用不是有效的。
我们认为这个部分假设了一个在 CP 和 RRH 之间有直接连接的单跳 C-RAN。如果前传网络由边缘路由器和具有多跳的网络处理器组成，路由策略也可以发挥重要作用。特别地，由于数据共享策略相当于将用户消息多播到多个 RRH，因此，可以应用网络编码技术来提高前传网络的效率[8]。