计算与通信介绍

丰富无线通信领域的经典和新理论与技术知识
了解计算和通信如何共同提高无线网络的性能
培养阅读和撰写研究论文所需的技能

信息论

对于低于信道容量的所有通信速率，可以使错误概率几乎为零
信道容量是通信的最终传输速率

编码理论

如何实现信道容量？

• 信道编码（前向纠错）

引入冗余以控制在有噪声的信道上进行数据传输时的错误
自香农（Shannon）于1948年发表原始论文以来，在长期寻求简单的好代码的过程中就开发了编码理论

网络编码

在网络编码出现之前，中间节点仅转发传入的数据流

– 独立的数据流保持分开

在2000年左右，R. Yeung等人提出了网络编码

• 中间节点：不仅转发，而且处理（组合）传入的独立数据流
• 目的节点：从接收到的组合数据流中解码*所需的数据流
• 结合独立的流程，更好地根据网络环境调整网络流量

增加网络吞吐量

优化

优化是从一组候选选择中做出最佳选择的问题的抽象

• 产品组合优化，电子电路中的器件尺寸确定，数据拟合

优化已成为许多领域的重要工具

• 在土木，化学，机械和航空航天工程中出现的电子设计自动化，自动控制系统和最佳设计问题

一般的优化问题很难解决
可以可靠，有效地解决一些问题类别

无线缓存

无线通信服务的转移

• 面向连接的服务→面向内容的服务

名称内容（命名数据对象）
在无线边缘缓存流行的内容

• 在基站缓存：Caireet等人的femtocaching。 [Carie2013]
• 在最终用户缓存：Ali等人的编码缓存。 [Ali2014]

减少延迟，减轻回程负担和无线链路负载

移动边缘计算（MEC）

计算密集型和对延迟敏感的应用程序正在出现[Hu2015]

• 设备上的摄像头和嵌入式传感器

在蜂窝网络边缘启用云计算功能和IT服务环境
减少拥塞并改善用户体验

无线多媒体传输

视频提供身临其境的观看体验

• 多视图视频（MVV）

1. 用多台摄像机从不同角度捕捉
2. 用户可以自由选择多个视角

• 360虚拟现实（VR）视频

1. 使用全向摄像机全方位捕获
2. 用户可以在任何观看方向上自由观看感兴趣的场景

• 体积大，给无线网络带来沉重负担

提高传输效率

移动通信系统的发展

移动通信系统的发展

主要驱动力：移动互联网和物联网
移动数据流量：几千倍的增长
移动互联网和物联网连接：多达1000亿

5G生活愿景

类光纤访问数据速率
“0”延迟用户体验
高达1亿个连接/km^2
在不同场景下的一致经验
基于服务和用户感知的智能优化
每位能量和成本降低100倍

5G生活愿景

5G关键能力：5G之花

花瓣是性能要求

1. 用户体验数据率
2. 连接密度
3. 端到端延迟
4. 移动速度
5. 峰值数据率
6. 通信容量密度

绿叶是效率要求

1. 频谱效率
2. 能量效率
3. 成本效率

5G之花

5G技术方向

Massive MIMO
新型多路访问 Novel Multiple Access
全双工
超密集网络

5G挑战

具有指数增长的信息传递问题无法一维解决
“计算是通信受限的，通信是计算受限的”
—— Prof. T. Cover, Stanford Univ.

计算 通信