无线广播蜂窝融合网络下多媒体的高效传输

摘要

随着移动互联网时代的到来，用户对数据传输的需求在未来10年将指数式地增长。快速增长的数据传输已经给无线蜂窝网络带来了极大的运营压力。最近的统计表明，移动数据量中的2/3来自无线多媒体业务，特别是无线视频业务。多媒体业务具有流行度差异性的特征：大部分用户（70％）的需求集中于少数高关注度多媒体内容上（5%）。基于多媒体业务的流行度差异性，本文提出无线广播蜂窝融合网络下多媒体内容推送技术，将高关注度的多媒体内容通过广播方式推送到用户终端，同时蜂窝网络承担用户个性化传输需求。融合网络下的内容推送方案将分流蜂窝网络中的多媒体业务传输，提高网络容量。
　　为了分析融合网络的网络容量等性能，本文首先对融合网络进行建模，包括融合网络架构、多媒体内容属性和用户请求3个重要方面。基于融合网络模型，我们结合多媒体内容集合状态和负载分流效应的分析，通过应用排队论等数学工具获得了网络容量的理论表达式。
　　基于网络容量分析结果，我们更进一步给出融合网络几个重要方面的结果，包括多媒体下载平均等待时间，系统能量消耗，用户请求阻塞率等。理论分析表明内容广播推送技术不但能将多媒体业务负载从蜂窝网络中分流、提高网络容量、减小系统能耗，而且能够通过减小下载等待时延来提升用户体验（QoS）。此外，为了验证理论分析的正确性，我们根据系统模型搭建了仿真平台。通过大量的仿真，本文给出了融合网络性能的数值结果，数值结果与理论结果相吻合。理论分析和仿真结果都表明融合网络在网络容量、系统功耗和用户体验（QoS）各个方面都比纯蜂窝网络有较大的提升。
　　因为具有稳定高效的纠错能力，喷泉码近年来已经广泛运用于无线广播系统中。我们基于LT喷泉码提出一种新型的混合软硬解码算法——HSHD，以实现融合网络中高效的内容广播推送技术。考虑到实际移动终端有限的计算能力，HSHD算法在提升频率效率的同时优化了解码复杂度。具体来说，HSHD解码算法有效结合了喷泉码软、硬解码方案。软解码方案及物理层（PHY）软信息的协助极大地提高了频谱效率和增大了广播覆盖范围；传统硬解码蕴含的2部图简化优化了解码复杂度。为了验证HSHD算法的性能，本文进行了大量的仿真并统计量化了此算法的复杂度。结果表明HSHD解码算法在AWGN和衰落信道中都具有高频谱效率和低解码复杂度。

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英文缩略语表

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 无线广播蜂窝融合网络

1.3 本文研究内容

1.4 本文的主要工作及章节安排

第二章 无线广播蜂窝融合网络概述

2.1 引言

2.2 无线融合网络系统架构

2.3 融合网络下协同传输技术概述

2.4 融合网络应用场景

2.5 本章小结

第三章 喷泉码

3.1 擦除信道

3.2 Reed–Solomon编码

3.3 喷泉码概述

3.4 喷泉码在无线通信系统中的应用

3.5 本章小结

第四章 无线广播蜂窝融合网络建模与分析

4.1 引言

4.2 融合网络建模

4.3 分流效应分析

4.4 融合网络性能分析

4.5 融合网络仿真平台

4.6 融合网络性能分析

4.7 融合网络理论分析总结

4.8 本章小结

第五章 无线广播系统中新型LT码解码算法

5.1 引言

5.2 系统模型和算法描述

5.3 性能分析

5.4 本章小结

全文总结

5.5 全文工作总结

5.6 研究展望

附录A 附录

A.1 命题1的证明

A.2 定理1的证明

A.3 命题2的证明

A.4 命题3的证明

A.5 命题4的证明

参考文献

致谢

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