網(wǎng)絡(luò)編碼在中繼協(xié)作通信中的應(yīng)用研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)編碼在中繼協(xié)作通信中的應(yīng)用研究重慶大學碩士學位論文學生姓名：李妮指導教師：吳玉成教授專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)學科門類：工學重慶大學通信工程學院二O一一年四月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要未來無線通信系統(tǒng)將是頻帶資源和功率受限的系統(tǒng)，因而研究熱點就是如何充分利用空間資源來提高系統(tǒng)的吞吐量，其中多天線技術(shù)和中繼技術(shù)是兩種有效的解決方案。傳統(tǒng)的中繼技術(shù)主要用來轉(zhuǎn)發(fā)用戶的信息，降低了資源利用率，成為網(wǎng)絡(luò)通信的主要傳輸瓶頸。提高中繼節(jié)點對多用

2、戶信息的轉(zhuǎn)發(fā)能力，可以提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。而網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)允許中繼節(jié)點對接收到的不同路徑的信息進行編碼轉(zhuǎn)發(fā)，同時保證接收節(jié)點正確求解原始信息，使得網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、穩(wěn)健性、可維護性和安全性等方面都得到提升。雖然近年來已有大量關(guān)于網(wǎng)絡(luò)編碼的理論和實現(xiàn)的研究成果，但是其中相對較成熟的多是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)編碼在有線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，而在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用還有許多問題未成定論。無線網(wǎng)絡(luò)編碼由于可以解決多跳無線網(wǎng)絡(luò)的中繼傳輸瓶頸問題成為研究的熱點。本文將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)

3、應(yīng)用于中繼協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，以此來進一步地提高網(wǎng)絡(luò)性能，包括：1)從傳統(tǒng)的中繼協(xié)作機制出發(fā)，對放大轉(zhuǎn)發(fā)模式，譯碼轉(zhuǎn)發(fā)模式和編碼協(xié)作模式這三種常用的協(xié)作方案作了分析和仿真；闡述了網(wǎng)絡(luò)編碼的基本原理；進一步研究網(wǎng)絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用以及在中繼網(wǎng)絡(luò)中的幾種應(yīng)用方案。2)為了克服在實際無線信道環(huán)境中實施物理層網(wǎng)絡(luò)編碼遇到的問題：頻率選擇性衰落和時間誤差，設(shè)計了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在正交頻分復用(OFDM)體系下的混合信號傳輸方案，方案利用OFDM系統(tǒng)能夠

4、對抗多徑干擾和時域誤差的特性，通過在節(jié)點添加去掉一個大于信道脈沖響應(yīng)時間的保護間隔(OFDM符號的循環(huán)前綴)，從而可以在信號、信道條件非理想的情況下實施物理層網(wǎng)絡(luò)編碼。分析仿真結(jié)果表明，在慢衰落信道下，相比單收OFDM系統(tǒng)，采用物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的兩跳多中繼傳輸方案的譯碼性能沒有退化且具有更好的分集性能。3)通過比較傳統(tǒng)的直接網(wǎng)絡(luò)編碼以及網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的聯(lián)合設(shè)計方案，提出一種速率自適應(yīng)的軟網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方案。該方案利用軟信息的合并，實現(xiàn)端

5、對端的信道編譯碼，一方面相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼方案，該方案的中繼節(jié)點不需要信道譯碼和重新編碼，大大減少了中繼節(jié)點的計算復雜度和功率消耗；另一方面，根據(jù)節(jié)點之間的信道信噪比估值，信源節(jié)點自適應(yīng)調(diào)整物理層發(fā)送速率響應(yīng)信道變化，進一步提升系統(tǒng)吞吐性能。分析仿真結(jié)果表明，速率自適應(yīng)的軟網(wǎng)絡(luò)編碼方案大大降低中繼節(jié)點的計算復雜度和功耗，所能達到的信息速率優(yōu)于固定速率下的網(wǎng)絡(luò)編碼策略，能夠適合不同的傳輸質(zhì)量需求，在保持較低的誤比特性能的同時，盡可能提高