无线通信中物理层网络编码技术的研究

论文摘要

网络编码[1](network coding, NC)的概念最初是应用在有线网络,理论和实验仿真证明利用NC技术可以使得系统资源的利用率得到最大化以及提升网络的吞吐量。近来,将网络编码的思想应用在无线网络逐渐受到了很多学者的关注。无线系统的广播特性促进了网络编码在无线网络中的应用。为减小相邻节点间信号的相互干扰、提升网络吞吐量,文献[2]创新性的将网络编码的思想应用到物理层,提出了物理层网络编码(Physical network coding, PNC)的新概念。本文以双向中继信道(Two Way Relay Channel, TWRC)为主要研究场景,对无线通信中的物理层网络编码技术、信道编码,以及调制三者联合设计进行了深入的研究。论文的主要内容如下:第一,在介绍了网络编码技术和物理层网络编码技术的基础上,重点分析了TWRC场景中已有的传输方案和策略的复杂度、可靠性和设计方法等,指出物理层网络编码技术、调制以及信道编码三者技术结合的必要性。第二,结合QAM调制设计了一种新颖的信道编码和物理层网络编码的联合实施方案,该方案我们巧妙的引入了一种去噪映射机制,即重新安排QAM调制的星座映射,中继节点对接收信号去噪后直接映射为对应数字比特流的异或,从而利用了信道编码与网络编码异或运算的线性性质,只需进行一次译码。仿真结果表明与已有的物理层网络编码方法相比,在没有增加译码复杂度的基础上,该方案的信道容量有了显著提高。第三,研究如何把传统信道编码技术、调制技术以及物理层网络编码三者有机结合起来,针对TWRC设计一种基于网格编码调制(Trellis coded modulation,TCM)的信道编码和物理层网络编码的联合实施方案,在TWRC将TCM与物理层网络编码相结合,同时利用了卷积码与网络编码异或运算的线性性质[7],在中继节点只需采取改进的网格编码维特比译码算法[8]只要进行一次TCM的译码,就可以直接估计网络编码的码字,降低了50%的译码复杂度。该方案既提高信息传输率,又保证了可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 网络编码
• 1.1.2 物理层网络编码
• 1.2 课题的提出和意义
• 1.3 论文内容安排
• 第二章 物理层网络编码技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 物理层网络编码技术发展概况
• 2.2.1 物理层网络编码的基本原理
• 2.2.2 物理层网络编码研究现状以及进展
• 2.3 物理层网络编码实现的关键技术
• 2.3.1 物理层网络编码技术
• 2.3.2 有限域上的物理层网络编码的基本实现方式
• 2.4 基于3 时隙联合Turbo 码-网络编码
• 2.4.1 系统模型
• 2.4.2 网络编码构造的三种方式
• 2.5 非对称速率的双向中继信道的物理层网络编码
• 2.5.1 系统模型
• 2.5.2 不对称速率机制的传输与接收结构
• 2.6 本章小结
• 第三章 一种新颖的信道编码与物理层网络编码的联合设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统模型
• 3.3 基于QAM 的物理层网络编码与信道编码联合设计
• 3.3.1 信道编码的设计
• 3.3.2.QAM 星座映射的设计
• 3.4 误比特率性能分析
• 3.5 仿真结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 信道编码、调制技术与物理层网络编码的联合设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统模型
• 4.3 基于TCM 的信道编码与PNC 联合设计
• 4.3.1 TCM 的设计
• 4.3.2 中继节点的叠加信号的星座映射
• 4.3.3 信道解码和PNC 的联合设计
• 4.4 误比特率性能分析
• 4.5 系统信道容量分析
• 4.6 仿真结果与分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 进一步的研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文