In this paper, a file popularity and size-aware (PSA) caching scheme is proposed for a hybrid heterogeneous network (HetNet) comprising a file server, macro base stations (BSs) operating in the microwave frequency bands, and pico BSs operating in the millimeter wave frequency wave bands. Different than the state-of-the-art size-weighted popularity (SWP) and popularity-based caching schemes that assume equal file size, the file PSA caching scheme utilizes knowledge of the file popularity and size distributions to maximize the network average cache hit probability and the network average success probability subject to the available cache capacity. Moreover, the maximization of the network average success probability is shown to be non-convex and dynamic programming and branch and bound algorithms are employed to circumvent its convexity. New expressions for the optimal file caching probabilities that maximize the network average success probability in noise-limited and interference-limited HetNet scenarios are provided which are evaluated using numerical techniques. The results demonstrate that the proposed file PSA caching scheme provides up to 7% gain in the network average success probability compared to the SWP-based scheme. Lastly, the combination of coded caching with cooperative transmission achieves up to 40% gain compared to a non-cooperative transmission scheme without coded caching.

中文翻译：

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混合微波/毫米波异构网络中协同传输的流行性和尺寸感知缓存

在本文中，为混合异构网络 (HetNet) 提出了一种文件流行性和大小感知 (PSA) 缓存方案，该网络包括文件服务器、在微波频段中运行的宏基站 (BS) 和在微波频段中运行的微微基站毫米波频段。与假设文件大小相等的最先进的大小加权流行度 (SWP) 和基于流行度的缓存方案不同，文件 PSA 缓存方案利用文件流行度和大小分布的知识来最大化网络平均缓存命中率概率和网络平均成功概率取决于可用缓存容量。此外，网络平均成功概率的最大化被证明是非凸的，并且采用动态规划和分支定界算法来规避其凸性。提供了最佳文件缓存概率的新表达式，可在噪声限制和干扰限制的 HetNet 场景中最大化网络平均成功概率，并使用数值技术对其进行评估。结果表明，与基于 SWP 的方案相比，所提出的文件 PSA 缓存方案在网络平均成功概率方面提供了高达 7% 的增益。最后，与没有编码缓存的非合作传输方案相比，编码缓存与合作传输的组合实现了高达 40% 的增益。结果表明，与基于 SWP 的方案相比，所提出的文件 PSA 缓存方案在网络平均成功概率方面提供了高达 7% 的增益。最后，与没有编码缓存的非合作传输方案相比，编码缓存与合作传输的组合实现了高达 40% 的增益。结果表明，与基于 SWP 的方案相比，所提出的文件 PSA 缓存方案在网络平均成功概率方面提供了高达 7% 的增益。最后，与没有编码缓存的非合作传输方案相比，编码缓存与合作传输的组合实现了高达 40% 的增益。