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网络编码在无线通信网络中的应用

2019-10-09 13:50:01来源:励志吧0次阅读

研究显示,网络编码是可以逼近网络容量理论传输极限的有效方法,具有确定拓扑的有线网络的网络编码受到了广泛关注。由于无线链路的不可靠性和物理层广播特性非常适合采用网络编码,无线网络环境应该是网络编码首先被应用的领域。目前,基于网络编码的中继技术、协作分集技术以及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。

1网络编码在中继网络中的应用

1.1异或运算

中继节点通过对接收到的数据进行异或(XOR)运算完成信息合并,实现中继节点的数据压缩,这是网络编码技术应用于无线通信网络的最直接的一种形式。文献[2]和[3]研究了Two-way中继网络环境下的基于XOR运算的信息交换,文献[4]和[5]研究了基于网络编码的无线Mesh网演示平台。

1.2置信传播算法

网络编码应用于无线中继网络[6]的另一种形式是采用软信息合并,如图1(a)所示的无线中继网络模型,信源节点S1、S2到中继节点R的信道存在噪声和信号衰落。中继节点R采用置信传播算法计算网络编码信息(即异或结果)的对数似然比(LLR),并发送到目的节点,如图1(b)所示。假设信源S1和S2和是两个独立的二进制随机信源,具有相同的0、1分布,信道为高斯信道,且从信源到中继节点的两个信道状态相同,从信源到目的节点两个信道状态也相同。采用卷积编码对信息进行编码,中继节点R需进行如下操作:

首先,中继节点采用BCJR算法对信源信息进行译码,得到其LLR;

然后,对信源S2码字的LLR信息进行交织操作,减少目的节点D接收到的3个不同信息之间的依赖性;信息的LLR值。

图1(b)中,u1和u2分别表示信源S1和S2信道编码器的输入信息,x1和x2分别表示信源S1和S2信道编码器的输出编码信息。NSR表示信源到中继节点链路上的噪声。中继节点采用BCJR算法分别对信源S1和S2编码信息进行译码,得到其LLR值L 1和L 2。对L 2进行交织操作,且与L 1进行异或运算,得到x1?茌x'2的LLR。NSD表示信源到目的节点链路上的噪声,NRD表示中继节点到目的节点上的噪声。y1和y2分别表示目的节点接收到的来自信源S1和S2的信息,而yR表示目的节点接收到的来自中继节点R的信息。

如果中继信道条件很差,上述译码器成为两个独立的卷积译码器;否则,当中继信道条件和网络编码信息的LLR很好时,该译码器成为一个简单的Turbo码译码器。

1.3复数域网络编码

在大规模网络中,传统中继方式降低了频谱的有效性,为进一步提高网络吞吐量,文献[7]提出了复数域网络编码(CFNC)的概念,不仅能够获得1/2符号/信源/时隙(Sym/S/TS)的吞吐量,还可获得完全分集增益。另一方面,CFNC还可实现多个信源之间的信息交换。

首先考虑如图2所示的(2,1,1)无线中继网络,每个节点有一根天线,两个信源S1和S2直接或者通过中继节点R向目的节点D发送信息。

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