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无线通信中的网络编码研究

吴馨华  
【摘要】: 随着科学技术的高速发展,社会信息化程度日趋提高,人们迫切希望能随时进行迅速而可靠的信息交流,因此对通信的要求也越来越高。无线通信方式以其灵活性和迅捷性而飞速发展,彻底改变了人们的观念和生活方式,对经济社会发展产生了深远的影响。与此同时,由于用户数量的激增、网络服务的多样性以及对传输质量的要求不断提高,如何保证无线链路的可靠安全传输、提高现有无线网络资源的利用率、优化无线网络的传输性能,成为当今无线网络通信研究的重要课题之一。 在传统无线通信网络中,数据传输都采用了存储转发的机制,信息由源节点经过中间节点,传送到目标节点。除了数据复制以外,一般来说,在网络的中间节点并不需要进行任何数据处理,因此很难达到无线网络传输的最大吞吐量和带宽利用率。 2000年,Ahlswede等人基于网络信息流的概念提出了网络编码的思想,融合了路由和编码的概念,使中间节点能够对需要转发的信息进行相关的编码,大大提高了网络的吞吐量,使资源得到充分利用。网络编码的提出,彻底改变了通信网络中的信息处理方式,是信息理论研究领域中的重大突破。网络编码可被应用于各个方面的研究,如用于提高网络吞吐量、保证链路的可靠性和安全性、能量利用效率等方面。网络编码具有重要的理论价值和广阔的应用前景,已被认为是下一代网络的关键技术之一。 无线链路的不可靠性和物理层广播特性非常适合采用编码,为网络编码的应用提供了一个良好的平台。目前,基于网络编码的中继技术、协作分集技术、物理层网络编码和信道编码的联合设计技术,已经引起了人们的广泛关注,有了大量的研究成果。 本论文首先对网路编码的基本理论进行了系统的介绍,然后重点对无线通信中的网络编码进行了深入的研究。提出了网络编码与解码-转发相结合、网络编码与放大-转发相结合2种新的数据传输方式,推导了这2种传输模式的数据速率表达式,理论推导和数据仿真都表明这2种传输模式都可以较大的提高网络中的数据传输速率;针对无线双向中继网络提出一种基于网络编码的自适应解码、放大转发的新方法。该方法在中继节点通过校验码等方式判别来自两个终端的数据包是否正确解码后,自适应地进行网络编码、中继转发处理。即当来自两个终端的数据包在中继节点处不能同时正确解码时,中继节点仍可以同时处理这两个终端的数据,放大转发网络编码后的信息,使两个终端仍然同时获得分集增益。两个终端在接收到中继节点转发的网络编码信息后,采用本章提出的自适应解码方法,分别解出自己的数据包。


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