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LTE 筆記: C-RAN (Cloud-RAN) ~2

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上一篇文章中, 說明了 C-RAN 架構的優點,然而, 在一開始的 C-RAN 架構下, 直接將 RRH 和 BBU 切開, 這樣的好處是可以透過 CPRI (Common Public Radio Interface) 介面切割功能, 因此, 不牽涉到既有通訊模組與硬體的變化, 可以快速布建, 然而, 考慮到 CPRI 所需的高頻寬與低延遲,  通常需要專屬光纖來實現, 也提升了 C-RAN 在實作上的困難.
考慮到這樣的原因, 許多研究者以及 3GPP 組織開始討論要如何切分 C-RAN 的功能, 若我們將 4G LTE 的通訊架構展開, 可以得到下圖:
其中, Option 8 就是原本 RRH-BBU 的切分方法,
在上圖中, 比起原本的 PHY-MAC-RLC-PDCP 分層, 又將各層依據其功能, 細分成不同子層, 以下為詳細的定義: Low-PHY (7-2): FFT/IFFT, add/remove CP, resource mapping/de-mappingHigh-PHY (7-2): other PHY functions (例如: channel coding)Low-MAC: HARQ, Signal Measurement, Random Access Control (即時, 或與 PHY 相關)High-MAC: 使用者排程 (scheduling), JS/CS CoMPLow-RLC (3-1): 封包依據 MAC 層的長度, 重新切分 (segmentation)High-RLC (3-1): RLC 層的資料重傳 (ARQ)以上內容參考自: SAHA, Rony. (2018). Functional Split Options in C-RAN Architecture. 10.13140/RG.2.2.31060.04480. 若有多個不同的定義, 則將使用的版本列在括弧中. 考慮到新的功能切分, 原本 4G LTE 中的 BBU 和 RRH, 在討論 5G 的 C-RAN 架構時, 使用 CU (Central Unit) 和 DU (Distributed Unit) 取代, 不過兩者在概念上是相通的.
在決定功能切分時, 有兩個最主要的指標: 傳輸頻寬需求, 傳輸延遲需求. 以傳輸頻寬而言, Option 8 需求最高, 一路往 Optio…

LTE 筆記: C-RAN (Cloud-RAN) ~1

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在原本的行動網路架構中, 所有的訊號處理都放在基地台 (base station, BTS) 上計算, 整體的系統方塊圖如下:
在這樣的架構下, 我們可以粗略地將所有系統方塊分成兩部分: BBU (Base Band Unit) 與 RRH (Remote Radio Head), 其中, BBU 處理基頻的訊號處理, RRH 則用以處理射頻相關訊號. 假設一個基地台有 3 個 sectors, 則需要 3 個 RRH, 但只需要一個 BBU, 經由 BBU 處理完之後的訊號, 則將由 S1/X1 介面, 通往 core network. 在這張功能方塊途中, 我們可以看到 RLC, PDCP 等單元, 如果不清楚可以參考:  https://note-on-clouds.blogspot.com/2017/03/lte-layer-2.html
在 4G LTE 中, C-RAN 的架構即是把 RRH 和 BBU 分離, 並使用光纖連接兩者進行資料傳輸, 簡單來說, 在 C-RAN 架構下, 類比訊號經過預先處理後,  得到數位訊號後, 透過光纖傳到一個 BBU pool, 進行基頻處理, 這樣的架構主要的好處主要是可以節省 BBU 的安裝需求, 考慮到 RRH 可以安裝於天線旁邊, 但是 BBU 仍需要散熱處理, 分散式 (架設於基地台旁的機房) 的 BBU 架構, 將導致大量的散熱需求, 並增加營運商架設基地台的成本.
當把 BBU 拉回中控進行運算後, 可以得到另一個額外好處: CoMP, 由於 BBU 在一起運算處理, 在進行訊號處理時 (例如: channel coding),  可以偕同多個基地台一起, 降低基地台對使用者的干擾, 尤其對於基地台的邊緣使用者, 能有更好的通訊品質.

LTE筆記: Inter-cell Interference Coordination (ICIC) 以及其延伸 (eICIC, FeICIC)

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在 LTE 的網路架構下, 由於其中控式設計,相鄰的基地台之間會產生相互的干擾, 在過去大基地台 (macro cell) 的架構下, 可以藉由預先的網路規劃, 使得相鄰的基地台之間, 使用不同的頻帶,  因此, 在標準的蜂巢 (六角形) 佈建下, 也有所謂 reuse factor =7 的說法,
然而, 在 4G 甚至是未來 5G 的架構下,  小細胞基地台 (small cell) 將在網路中佔有更加重要的地位, 不同於 macro cell 的佈建, small cell 通常無法預先進行良好的規劃, 同時, 在密集佈建 (ultra-dense deployment) 的情境下,  small cell 之間的相互干擾, 就成了一個重要的問題.
因此, 在 3GPP 規劃中 (Release 8), 就提出了 Inter-cell Interference Coordination (ICIC) 的機制, 此機制基本上和之前分頻多工的網路規劃一致, 就是讓相鄰的 small cell 基地台使用不同的頻帶資源, 和舊有的分頻多工的網路規劃不同的地方有兩個: 第一, ICIC 分成內外兩圈的使用者 (UE), 只有在邊界上的使用者才分頻多工, 第二, 頻譜資源的溝通改成由 small cell 基地台透過 X2 介面進行, 換句話說, ICIC 的分配結果, 是透過基地台間溝通, 而非預先規劃. 透過 X2 介面, small cell 基地台會傳送 Uplink (UL) 受到影響的通道, 以及預計要分配給邊緣 UE 傳輸的通道給相鄰基地台, 相鄰的基地台將會在受影響的通道上降低功率, 並避開預計傳輸的通道,

在 ICIC 之後, 3GPP 又提出了兩個 ICIC 的變形版本:  enhanced ICIC (ICIC), further enhanced ICIC (FeICIC).
eICIC 在 3GPP Release 10 中提出, 主要針對 Downlink (DL) 的通訊, 並針對 macro cell 和 small cell 共存的網路進行設計, 在 eICIC 架構中, micro cell 藉由傳送 Almost Blank Subframes (ABS) 封包來避免干擾, ABS 封包紙袋有必要的控制訊息, 不傳送使用者資料, 並降低使用功率, 以確保在 ABS 傳送區間, sm…

[MOOCs] 翻轉實驗課!

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[註: 本篇文章原載於台大 MOOC 網站, 由於網站已無法連結, 故在此重新發文備份]

相較於人文學科的學生,對於電機資訊領域的學生,除了一般的課堂授課之外,實驗課是大學生涯重要的課程。以電機系而言,在大學的課程設計中,通常會教導邏輯設計、電子實驗以及基本的程式設計。學生們將透過實驗把課堂所學的理論與公式,透過實體的電路或是程式實現出所設計的功能。

對於電機資訊領域的學生,實驗課是非常重要的訓練。一方面實驗課提供學術研究的工具,像是程式語言,作為模擬的撰寫以及理論的驗證工具,另一方面,在實驗課的進行中,學生將了解一個真實系統是如何運作的,舉例而言,在寫C語言程式時,我們需要宣告變數,並在使用完後刪除,對於作業系統而言,這就代表了記憶體的管理。同時,實驗課也訓練了系統設計(如何完成一個大型程式\電路)、錯誤更正(如何找出程式\電路中的錯誤)以及方法找尋(錯誤發生時該如何找資料修正)的能力。因此,當我們開始思考如何利用MOOC翻轉教育時,也該同時想想,如何利用MOOC翻轉實驗課!

然而,不同於一般的教室授課,實驗課要求學生們利用實驗器材,實際地完成一個又一個功能,從一開始較簡單的功能開始,由助教教導除錯的方式,並驗證所完成的功能,到了課程的最後,則會結合所有學習過的功能,完成一個完整的專題。不同於紙本考試,實驗特通常以專題的完整度與功能驗證,作為評分的標準。這樣的特色,對於一個大規模、公開、線上的課程而言,也同時意味著無法提供實體器材、軟體授權,也無法由助教提供功能驗證的困難。

困難,但不代表不需要嘗試。在下述文章內容中,將介紹兩堂課程分別是courserea平台上由Rice大學開設的“Python交互編程入門”以及edx平台上由MIT所開設的“電子與電路”課程,並介紹網路上可以取用的公開資源,幫助對於電機資訊有興趣的讀者,能夠動手做實驗,透過實作,深入了解系統。

Python交互編程入門

“Python交互編程入門”由Joe Warren, Scott Rixner, John Greiner, Stephen Wong所開設,顧名思義,這門課程是介紹如何寫作一個Python語言的線上課程。Python是一種近年來興起的高階程式語言,所謂高階程式語言,對於一個資工背景的人而言,同時意味了兩件事情:容易上手、效率低落。由於Python語言的設計以及完整的程式庫,讓程式…

[MOOCs] 我的畢業證書呢?--eWant

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[註: 本篇文章原載於台大 MOOC 網站, 由於網站已無法連結, 故在此重新發文備份]
不同於國際上知名的MOOC平台,ewant(育網)平台是由兩岸五所交通大學 (包括上海交通大學、西安交通大學、西南交通大學、北京交通大學及國立交通大學)於2013年共同發起,並由國立交通大學負責設計建構的開放教育平台。
面對Coursera和edX的競爭,ewant把注意力放在廣大的華人市場,希望成為華語文的共通MOOC的平台。為了達成這樣的目標,ewant和政治大學、中央大學、陽明大學等眾多台灣大專院校合作,同時也和中國大陸的交大系統、清華大學和哈爾濱工業大學合作,提供跨越兩岸的華語課程。


微學程
在課程設計上,eWant也有微學程的系列課程,就如同Coursera的專業課程與edX的XSeriel一般,也是將一系列的課程包裝成學程的形式,提供學生選擇,目前一共規劃了包括青少年心理、工程力學、中國式管理、化學工程、統計方法、機械設計六個學程,主要由西南交通大學與國立交通大學開設。
實體考試與認證制度
不同於Coursere、edX與Udacity以理工和管理課程為主,ewant在課程開設上有更多通識性科目,例如「孫子兵法與企業經營」這樣的通識性課程。而且在與哈爾濱工業大學及上海交通大學的合作之下,學生只要能通過考試,就可以承認其校內的通識學分。
此外,在證書的頒發上,ewant平台也嘗試和非學術單位共同頒發,例如「

[MOOCs] 我的畢業證書呢?--Udacity

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[註: 本篇文章原載於台大 MOOC 網站, 由於網站已無法連結, 故在此重新發文備份]

Udacity將重心從大學課程轉向技能培訓的專業領域。因此,不同於Coursera和edX以影片和同儕互評為主的教學模式,Udacity以專題導向(project-based)的方式設計課程,期望可以培養出學生的實作與專業能力。舉例而言,Udacity的第一堂課程:Intro to Computer Science,就要求學生完成一個搜索引擎,並利用此搜索引擎建構一個社群網路。希望學生從做中學,獲得帶得走的一技之長。

然而正因如此,他們的課程設計困難、師資稀少,Udacity一共只有18門課程,主要圍繞在資訊工程以及管理領域。不過,Udacity不像Coursera與edX與眾多知名大學合作,他們選擇和Google、NVidia、Facebook等公司合作開課,學生將因此有機會接觸真實企業案例,甚至有機會去這些公司工作。

在此前提之下,他們會提出那些承認學生能力的機制呢 ?



Certificates
MOOC之所以吸引眾人目光,其中一個原因是免費,然而Udacity卻決定自2014/5/16起不再發放實質上不具價值的免費證書,大眾仍然可以免費學習,但是要取得證書就必須經過付費的身分認證。Udacity指出這是一個很困難的決策,但是如果要提升證書價值,這就是不得不做出的轉變。
不同於Coursera與edX依據每門課程的定價收費,Udacity是以月費計價—一個月199美元,收費期間他們會提供助教(Coach)與解題的服務,也就是確保學生有更佳學習體驗,協助其最終取得證書。
至於Udacity的身分認證方式也很不同。課程開始時,學生將和助教進行一次視訊介紹;完成課程時,助教則會再度確認你的身分資訊。這樣的認證方式簡單而有效,卻需要大量的人力投入。
Online Master of Science in Computer Science
Udacity另一個創舉是和喬治亞理工學院(Georgia Tech)與AT&T合作,提供線上資訊工程碩士(Online Master of Science in Computer Science,OMS CS )的學位。
在Udacity上,該學位向所有學生開放,但是前提是這些學生必須通過喬治亞理工學院的申請。申請時,學生需要提供資工相關領…

[MOOCs] 我的畢業證書呢?--edX

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[註: 本篇文章原載於台大 MOOC 網站, 由於網站已無法連結, 故在此重新發文備份]

繼上次介紹完Coursera目前的證書取得機制後,來看看另一個主要由知名大學開課的edX的運作方式。

和Coursera相同,edX也提供了認證證書與一般證書(honor code certificate),並為不同的證書,提供了不相同的版面配置。在收費上,edX採取和Coursera一樣的策略,提供免費而開放的課程給予一般的使用者,對於認證的使用者則收取50-100元美金以上的捐款,用於進行開源平台的開發。



不過,edX的認證機制相較Coursera更為傳統與簡單,使用者必須提供身分證明文件、照片與視訊照片,edX將在課程進行中不定時進行認證,確保學生的身分。

XSeries
edX同樣也有類似於學程的概念,稱為XSeries。XSeries的學程介於2至7門課程之間,課程由同一學校提供,最後會頒發證書給修完學程的學生。目前edX上一共提供8個學程,涵蓋了程式語言與當代中國,主要由Harvard和MIT開設,在數量上較Coursera少,但是在內容上更加多元。


Professional Education
edX提供一種新樣態、不同於Coursera的課程,稱為專業進修(Professional Education)。專業進修課程的顧客群是在職進修的社會人士,學生必須通過身分認證及支付高額的修課經費(49-1249元美金),沒有免費課程。在一些專業課程中,學生可以自己安排上課的行程,學生最終可以取得學分或是教育時數。
Advanced Placement
在美國,高中生可以修AP(Advanced Placement)課程來抵免大學入學後的學分。MOOC推出後,不少人立刻聯想到這可以變成有品質的名校AP課程,於是edX就順勢推出了AP的系列課程。
在edX所推出的AP課程中,和波士頓大學、麻省理工學院、萊斯大學、德州大學奧斯丁分校等頂尖大學合作提供由美國大學理事會(College Board )所設定的34們AP課程,範圍涵蓋了語文、藝術、歷史與科學的基礎課程。在edX平台上,學生可以獲得免費的AP課程內容,但是,edX所提供的付費認證並不能夠作為通過AP課程的證明。學生們必須付出額外的AP考試費用(91美元)參加並取得AP的認證成績。
AP的成績為5分等級,3分為合格,然而,每…