无线协同物理层网络编码技术研究

论文摘要

网络编码自2000年提出以来,被认为是通信领域的重大突破。它融合了编码和路由的思想,网络中间节点通过对来自不同链路的信息进行处理,既具有路由功能又有编码功能,使网络能达到最大流传输的容量理论极限。同时,网络编码具有节省网络带宽资源、平衡链路负载、提高网络吞吐量、降低发送能耗等优点。为了对现有无线网络的软件和硬件设备以及相应的协议不作大的修改,网络编码通常作为一种上层技术而与下层技术相隔离。在无线协作通信系统中,无线媒质的广播特性为网络编码在物理层实现提供了便捷,这也为进一步提高无线网络的传输性能提供了一个新的思路。为了有效改善无线中继协同系统的传输性能,网络编码在物理层实现并与信道编码、交织等物理层关键技术相结合的物理层网络编码技术能充分挖掘网络编码的潜在编码增益,从而实现更好的差错保护,设计并提出更加有效的中继转发方案。为此,论文的主要工作和贡献包括以下几个方面：第一,分析了无线协同系统中各种典型的协作协议,并借助于联合界方法计算不同协作协议理论上的误码性能,然后通过数值仿真比较了理论和实际仿真的结果。提出了一种基于软信息转发的增强型分布式Turbo码协作协议,中继在转发冗余校验软信息的同时转发系统位软信息,不仅减小中继处的译码错误传播效应,还可以获得额外的信噪比增益。第二,在介绍了网络编码的基本思想和基本实现方法的基础上,对于双向中继信道系统模型,提出了一种新的基于置信传播算法的物理层网络编码方案,并对其性能进行了数值仿真和分析。第三,对于多址接入信道模型,分别提出了基于Turbo码和基于乘积码的多用户网络编码方案,解决了多个用户接入网络时的网络编码操作问题,同时将网络编码和信道编码联合处理,获得了额外的编码增益,进一步提高了系统的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 本文研究内容及章节安排
• 第二章 协作通信协议及其性能分析
• 2.1 放大转发协议
• 2.2 解码转发协议
• 2.2.1 无校验DF协议
• 2.2.2 有校验DF协议
• 2.2.3 选择式转发协议
• 2.3 编码协作协议
• 2.4 其他的协作协议
• 2.4.1 基于硬信息转发的分布式Turbo码协作协议
• 2.4.2 基于软信息转发的译码放大转发协议
• 2.4.3 基于软信息转发的分布式Turbo码协作协议
• 2.4.4 增强型DTC-SIR协作协议
• 2.5 差错性能分析
• 2.5.1 成对错误概率和误块率的上界
• 2.5.2 不存在S-D链路的AF、DF性能分析
• 2.5.3 存在S-D链路的AF、DF性能分析
• 2.5.4 编码协作协议性能分析
• 2.6 OFDM系统中不同协作协议的性能
• 2.6.1 OFDM系统下的AF协议
• 2.6.2 OFDM系统下的DF协议
• 2.6.3 仿真结果及分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 无线协作物理层网络编码
• 3.1 网络编码原理
• 3.1.1 网络编码的思想
• 3.1.2 物理层网络编码
• 3.2 物理层网络编码基本实现方式
• 3.2.1 异或运算
• 3.2.2 置信传播算法
• 3.2.3 电磁波形调制网络编码
• 3.2.4 模拟网络编码
• 3.2.5 信道编码和网络编码联合设计
• 3.3 无线协作物理层网络编码技术
• 3.3.1 协作中继系统中的模拟网络编码方案
• 3.3.2 协作中继系统中的联合网络信道编码技术
• 3.4 物理层网络编码与其他关键技术的结合
• 3.4.1 物理层网络编码与HARQ技术的结合
• 3.4.2 物理层网络编码与重叠编码技术的结合
• 3.4.3 物理层网络编码与MIMO技术的结合
• 3.5 本章小结
• 第四章 多用户网络编码方案
• 4.1 基于Turbo码的多用户网络编码方案
• 4.1.1 操作处理流程
• 4.1.2 仿真结果和分析
• 4.2 基于乘积码的多用户网络编码方案
• 4.2.1 乘积码的基本原理
• 4.2.2 操作处理流程
• 4.2.3 仿真结果和分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间完成的论文及科研工作