This paper investigates a cache-aided cloud radio access network (C-RAN), comprising a central unit, $K$ base stations (BSs) each with $N_{T}$ antennas, and $M$ users each with $N_{R}$ antennas, where each BS and user have local caches to store some popular contents from the central unit. For this cache-aided network, we propose the linear network coded (NC) wireless caching that consists of linear wireless network coding assisted cache placement phase and signal-space alignment (SSA) enabled content delivery phase. In the cache placement phase, we design a joint NC caching function at the BSs to store linear combinations of messages from the central unit, as a form of linear wireless network coding. In the content delivery phase, we design the SSA pattern based on the NC caching to guide the precoding designs at BSs. Then, each user can reliably decode its requested messages by receiver shaping and reverse NC operation. The primary contribution of this work is to achieve the coding gain induced by the integration of linear wireless network coding and SSA, which has been not exploited in the field of wireless coded caching. In particular, to deal with high temporal variability of user requests, we show that the proposed cache placement is invariant to different user requests in the worst-case caching, without any shared caching messages at different BSs. Furthermore, we verify that the proposed scheme is also compatible with the insufficient caching scenario at the BSs. In addition, we analyze the achievable sum degrees of freedom (DoF) for the proposed caching network. Both analytical and numerical results verify that the proposed caching scheme achieves a higher sum DoF than the existing related works.

中文翻译：

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云无线电接入网络中的线性网络编码无线缓存

本文研究了一个缓存辅助的云无线电接入网络（C-RAN），该网络包括一个中央单元， $ K $ 每个基站 $ N_ {T} $ 天线，以及 $ M $ 每个用户 $ N_ {R} $ 天线，每个BS和用户都有本地缓存​​来存储来自中央单元的一些受欢迎的内容。对于此缓存辅助网络，我们提出了线性网络编码（NC）无线缓存，其中包括线性无线网络编码辅助缓存放置阶段和启用信号空间对齐（SSA）的内容交付阶段。在缓存放置阶段，我们在BS处设计了一个联合NC缓存功能，以存储来自中央单元的消息的线性组合，作为线性无线网络编码的一种形式。在内容交付阶段，我们基于NC缓存设计SSA模式，以指导BS处的预编码设计。然后，每个用户都可以通过接收器整形和反向NC操作可靠地解码其请求的消息。这项工作的主要贡献是实现了由线性无线网络编码和SSA集成引起的编码增益，这在无线编码缓存领域尚未得到开发。特别地，为了应对用户请求的高时间变异性，我们表明，在最坏情况下的缓存中，建议的缓存位置对于不同的用户请求是不变的，而在不同的BS上没有任何共享的缓存消息。此外，我们验证了所提出的方案也与BS处的缓存不足情况兼容。此外，我们分析了建议的缓存网络可达到的自由度（DoF）。分析和数值结果均证明，与现有的相关工作相比，所提出的缓存方案实现了更高的总DoF。在无线编码缓存领域尚未被开发。特别地，为了应对用户请求的高时间变异性，我们表明，在最坏情况下的缓存中，建议的缓存位置对于不同的用户请求是不变的，而在不同的BS上没有任何共享的缓存消息。此外，我们验证了所提出的方案也与BS处的缓存不足情况兼容。此外，我们分析了建议的缓存网络可达到的自由度（DoF）。分析和数值结果均证明，与现有的相关工作相比，所提出的缓存方案实现了更高的总DoF。在无线编码缓存领域尚未被开发。特别地，为了应对用户请求的高时间变异性，我们表明，在最坏情况下的缓存中，建议的缓存位置对于不同的用户请求是不变的，而在不同的BS上没有任何共享的缓存消息。此外，我们验证了所提出的方案也与BS处的缓存不足情况兼容。此外，我们分析了建议的缓存网络可达到的自由度（DoF）。分析和数值结果均证明，与现有的相关工作相比，所提出的缓存方案实现了更高的总DoF。我们表明，在最坏情况下的缓存中，建议的缓存位置对于不同的用户请求是不变的，而在不同的BS上没有任何共享的缓存消息。此外，我们验证了所提出的方案也与BS处的缓存不足情况兼容。此外，我们分析了建议的缓存网络可达到的自由度（DoF）。分析和数值结果均证明，与现有的相关工作相比，所提出的缓存方案实现了更高的总DoF。我们表明，在最坏情况下的缓存中，建议的缓存位置对于不同的用户请求是不变的，而在不同的BS上没有任何共享的缓存消息。此外，我们验证了所提出的方案也与BS处的缓存不足情况兼容。此外，我们分析了建议的缓存网络可达到的自由度（DoF）。分析和数值结果均证明，与现有的相关工作相比，所提出的缓存方案实现了更高的总DoF。