第 3 章 雲無線接入網絡的前向回傳感覺設計
3.3 前傳感覺的資料鍊路層和實體層
3.3.1 上行鍊路
3.3.2 下行鍊路
在本節中，我們考慮在 D-RAN 系統的下行鍊路的 RRH 處進行控制的低延遲 HARQ 協定。類似于上行鍊路的情況，關鍵思想是使 RRH 能夠進行低延遲重傳控制決策，同時 仍然保留 BBU 的所有基帶編碼能力，以降低 RRH 的複雜性。根據該協定，在第一次發 送嘗試中，RRH 存儲由前傳鍊路的 BBU 編碼并由 RRH 接收的基帶信号。如果接收到 NAK，則 RRH 在沒有進一步的基帶處理并且沒有來自 BBU 的協助的情況下重新發送存 儲的基帶信号。我們觀察到，與上面讨論的上行機制不同，RRH 在這裡不需要 CSI 估計， 但是 RRH 仍然需要配備足夠的基帶能力來實作 ACK/NAK 消息的檢測。此外，假設 RRH 具有足夠的存儲空間來存儲先前傳輸的基帶信号。
1．系統模型
我們考慮與上述研究相同的 D-RAN 系統中的下行鍊路通信，如圖 3.5 所示，包括通 過前傳鍊路連接配接到 BBU 的 RRH。我們關注給定的單天線 UE 的性能，即 T 1 m = ，其被配置設定用于下行鍊路傳輸的專用頻譜資源。RRH 在每個時隙中發送長度為 k 個符号的分組， 并且 UE 根據在 RRH 或 BBU 被正确解碼的解碼結果發送 ACK 或 NAK 消息。下行鍊路 主要參數 r、 w L 和 f L 的定義同上行鍊路情況（參見圖 3.5）。
UE 在時隙 t 的接收信号可以表示為
注意，與上行鍊路的情況不同，在這裡我們将接收信号表示為時隙名額 t 而不是 重傳嘗試名額 n 的函數。特别地，這允許我們跟蹤信道變化，正如本小節的其餘部分進 一步闡述的那樣，在下行鍊路中起關鍵作用。為此，我們假設信道向量過程 t h 根據一階 靜态自回歸模型在兩個連續時隙之間相關，即
2．傳統 D-RAN
在傳統的 D-RAN 實作中，如圖 3.7 所示， RRH 将 ACK / NAK 回報消息以及更新的 CSI 資訊從 UE 傳送到 BBU，并且當一個 NAK 被接收時，BBU 執行先前傳輸的分組的資料平面資訊的編碼，而當一個 ACK 被接收時執行新的分組的資料平面資訊的編碼。是以，在下行鍊路分組的傳輸和該分組重傳到UE的時間 中，無線信道上的 w L 時隙的往返延遲和 f L 時 隙的雙向前傳延遲可以忽略。
要詳細說明，對于上行鍊路，我們假設 BBU 實作了 IR 協定。是以，在任何時間 t， 如果在時間 f tL − 在 RRH 處接收到 NAK，則 RRH發送後在時隙 () wf tLL −+發送的編碼 資訊幀的新部分，否則，它将從新的資訊幀發 送分組。
3．基于邊緣的重傳
為了潛在地緩解由于雙向前傳延時而導緻的上述标準 D-RAN 系統的性能限制（在延 遲方面），我們現在考慮基于在 RRH 處實作 HARQ 控制功能的解決方案。是以，在 RRH 可以存儲先前發送的基帶信号以及在上行鍊路上解碼ACK/NAK回報消息的工作假設下， 我們允許 RRH 的低延遲重傳。
如圖 3.8 所示，如果 UE 在時間 w tL − 處 回報一個之前發送的分組的 NAK，那麼在時 刻 t，RRH 自主地重傳先前發送的分組，而不 用等待來自 BBU 的新編碼分組。如果 UE 反 饋一個 ACK，則 RRH 從 BBU 請求與資訊幀 相關的新的編碼分組。結果，對于一個分組的 第一次發送，式（3.42）中的一個信号被發送， 并且對于每次重發，由 RRH 重發相同的信号。 注意，該政策不能适應信道變化，并且基于 HARQ 類型 I 或 Chase 組合[21]。
4．數值結果和讨論
在本節中，我們比較了傳統 D-RAN 和基 于邊緣重傳的吞吐量和延遲性能。在本節中， 我們假設 RRH 處的發射天線數為 R 4 m = ，每 個時隙中的分組長度為 k = 100 symbol，發射 功率 P 為 10 dB，大傳輸次數為 max 10 n = ，并且雙向延遲等于 fw 2LL = = 個時隙。我們 也假設前傳容量 C=3 bit/symbol。
我們首先繪制圖 3.9 中 r = 2 和 r = 3 bit/symbol、相關系數為 ρ 的函數的吞吐量，其 定義了信道的時間變化。基于邊緣的方案的吞吐量損失取決于相關系數 ρ 和傳輸速率 R， 這是由于對重發嘗試和簡單的 HARQ 協定帶來的信道條件改變缺少适應性造成的。特别的，對于需要有較高機率不超過一次重傳的較低的傳輸速率，如 2 bit/symbol，吞吐量損 失較小。然而，對于需要更多重傳的較大傳輸速率，除非相關系數 ρ 足夠大，否則損失 可能是很大的。例如，當 =0.8 ρ 時（根據 Clarke 标準模型在 1 ms 時隙中相當于 60 km/h 的速度和 2.6 GHz 的載波頻率），r = 2 bit/symbol 的損耗為 2%，而 r = 3 bit/symbol 的損耗 為 18%。
當與給定的延遲時間相比較，如果上述吞吐量損耗是可以接受的，則基于邊緣重傳 是合理的。如圖 3.10 所示，其顯示了與上述參數相同的相關系數 ρ 的函數的延遲。可以 看出等待時間的減少可能是非常顯著的，特别是對于足夠小的速率或緩慢變化的信道， 即足夠大的 ρ 。例如，在上述的 ρ = 0.8 時，如果 r = 2 bit/symbol，可以以 0.05 bit/symbol 的吞吐量減少為代價減少 3.2 個時隙的延遲，而如果 r = 3 bit/symbol，則以吞吐量損失為 0.35 bit/symbol 為代價，延遲減少 3 個時隙。
3.4 總 結
雲無線接入架構通過允許遠端天線的密集化和分布式的部署及跨協作天線群集的聯 合基帶集中式處理的能力，顯著提升了 5G 無線蜂窩網絡的區域頻譜效率。這種架構的出 現也需要重新考慮實體層和資料鍊路層設計。本章介紹了 C-RAN 設計中的一些挑戰和機 遇。本章的第 1 部分說明，在實體層中，跨多個射頻拉遠頭的使用者信号的相幹傳輸和接 收可以提供顯著的速率增益，但是合作通信政策的設計需要根據前傳的容量限制進行調 整。我們使用壓縮政策作為上行鍊路和下行鍊路的基本技術，并量化了以使用者為中心、 基于迫零的協作通信政策的有限前傳容量對總體頻譜效率的影響。本章的第 2 部分指出 通過重新思考多跳網絡的 HARQ 協定的設計，以智能的方式來管理和控制 C-RAN 體系 結構的延遲。總而言之，以上技術給出了通過雲計算實作無線接入的方式。