解析：无线通信与联合网络编码技术
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2020-08-05
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解析：无线通信与联合网络编码技术解析：无线通信与联合网络编码技术
网络编码技术在无线网络中起到了重要的作用，同时具有很广阔的应用前景。由于无线通信网中信道的固有特
性，在物理层进行网络编码并结合一些相关的检测技术、纠错编码技术、MIMO技术，与传统的网络编码方式相
比，能获得更好的系统性能。本文主要介绍了网络编码分别与协作分集技术和MIMO技术相联合的方案及研究进
展，并提出了有待进一步研究的方向。
网络编码是指在网络中继节点处对网络信息流进行存储转发的基础上实行编码操作，从而提高网络吞吐量，节省网络带宽等。
在无线通信网中，网络编码作为关键技术之一，可以在一定程度上节省网络资源消耗，提高频谱资源利用率，并在有限的频谱
资源中尽可能多地传输数据，增加信道的传输容量。
同时无线网络自身一些不同于有线网络的传输特性，也使网络编码带来了新的效益，它可以改善网络性能，结构和协议。
目前，大多数方案都是基于随机线性网络编码，如何在多径衰落这种不利条件下，设计网络编码方案，使其在无线网络中同样
有效是一个具有挑战性的问题。
很多国内外学者以及科研机构都致力于对网络编码的研究，从最初的网络信息流到分别与协作分集技术、MIMO技术相结合的
现在。
本文通过从物理层角度对无线网络中网络编码与其他应用技术相联合进行分析，如将其与MIMO等相结合，充分利用冗余度，
提高系统吞吐量，并根据未来网络的复杂环境阐述了其进一步的研究方向。
1、联合网络编码
随着研究的深入，网络编码的很多优点也逐渐体现出来，如能获得很好的网络吞吐量，均衡网络负载、提升带宽利用率等优
势。同时在无线网络中应用网络编码也面临着许多问题，如果将网络编码与其它应用技术相结合，则更能大大提升该应用系统
的相关性能。
1.1网络编码与信道编译码的联合
网络编码同信道的编译码技术相结合的核心思想就是利用网络编码的冗余信息协助信道编码，从而获得好的抗噪性能，达到最
大的信道容量；
通过利用中继传输的冗余度来获得分集增。基于Turbo码和LDPC码的联合编码已经被广泛研究，并在多址中继信道、时分复
用双向中继信道[和BSC中与传统的网络编码方案进行了比较，充分显示了联合编码在能量消耗、信道容量、误码率等方面的
优势，有效降低了编码复杂度以及由信道噪声带来的失真。
1.2网络编码与协作分集技术的联合
协作分集技术，即在多用户环境下，每个天线用户在发送自身信息时也为其协作伙伴发送信息，通过节点间的协作，形成虚拟
天线系统，以获得较大的分集增益，克服无线信道衰落。
另外，在协作分集的基础上进行网络编码可以同时获得分集增益和网络编码增益。在协作传输过程中，通过在信源节点和终端
节点放置中继可进一步提高数据传输速率，改善无线通信系统抗衰落性能，提高资源效率和系统容量。
协作网络编码是当前无线移动通信系统的研究热点之一，特别是基于物理层网络编码的无线协作通信系统，对于双信源、双信
宿无线通信系统，假设信源SI和S都要将各自的信息广播到两个信宿dl和。
由于发射功率的限制，d，将超出S（）的传输范围，S和S，将通过共享的中继来实现传输范围的扩大。在传统协作中继系统
中由于要保证信号在正交信道上能够传输，完成这一过程需要4个时隙，而采用无线网络编码后仅需要2个时隙。分别为：
（1）将信号广播至和；同时将其信号广播至R和；
（2）R对二者叠加信号进行物理层网络编码，并将编码后的信号广播至dl和d。由于d，在第1个时隙已经接收到St（S）广播
的信息，因此，在第2个时隙结束时，d，可以从编码后的信号中提取到的信息。此方案充分利用了网络资源和分集技术，可
获得相对较低的错误概率、中断概率，以及较高的编码增益。
因此，采用物理层网络编码的协作中继系统可以降低传输时间损耗，使数据在衰落信道中更好地传输。
1.3网络编码与MIMO技术的联合
MIMO技术利用在发射端和接收端均采用多天线、多通道来获得高分集增益以改善信道的多径衰落特性，以及提高系统容量、
频谱利用率和数据传输速率；通常情况下，多径要引起衰落，致使数据包丢失。对于MIMO系统，多输入多输出技术通过利用
空间分集来解决这一问题。
因为多人多出是针对多径无线信道来说的，传输信息流经过空时编码形成M个信息子流，filM个天线发射出去，经空间信道后
由N个接收天线接收。在接收端通过检测译码，将接收到的符号矢量利用空时编码处理，并解码这些数据。
这两种技术的最终目的都是从接收到的符号矢量中恢复出原始信息，为了能够充分利用MIMO技术的分集特性和在传统网络编
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