网络编码在无线通信网络中的应用

2.1基于网络编码的自适应译码转发协作传输方案

在网络编码自适应译码转发协作传输(NC-AdDF)方案中[14]，若用户成功译码其协作伙伴的信息，在第二个阶段将自己的信息和协作伙伴的信息进行网络编码，并将编码后的信息发送给目的节点；否则，直接将自己的信息发送给目的节点。

图4给出了NC-AdDF网络模型，用户A和B分别向目的节点D广播信息XA和XB。

用户A在第一个阶段传输XA，在第二个阶段传输XA?茌XB或者XA (依赖用户A是否成功译码用户B的信息)。同理，用户B也分别在两个阶段传输XB和XA?茌XB或者XB。对NC-AdDF的中断概率的分析表明，NC-AdDF相对于点对点传输具有更低的中断概率。当信源到目的节点的链路具有较高信噪比(SNR)或者信息传输在第一个阶段分配较大功率时，用户将获得更低的中断概率，改善系统性能。

2.2一种新的适用于协作分集的网络编码算法

基于有限域中信道码字的代数迭加(网络编码)思想，文献[15]提出了一种适用于协作分集的网络编码算法。图5给出了两用户进行协作分集的系统模型。两个用户A和B互为协作伙伴，向目的节点D协作传输数据包，每个用户传输局部信息与中继信息的代数和(网络编码和)，用户A和用户B根据各自的不同先验信息分别对得到的码字进行译码。目的节点D根据来自两个用户的码字进行迭代译码。

与非协作分集方案相比，协作分集方案用户需要向其协作伙伴传输局部信息，这就导致了更高的码率或者更低的发送功率，从而会引起相对较高的差错概率，使得用户A和B链路上数据包的差错概率PA,B增加，降低了协作通信成功的概率。文献[15]提出一种新的适用于协作分集的网络编码算法。用户传输局部信息与中继信息的网络编码和，并根据已有的不同先验信息对得到的码字进行译码，目的节点根据来自两个用户的码字进行迭代译码。

表1中表示在时隙t 传输的用户A的局部信息向量，表示用户A在相同的时隙内传输的中继信息向量。类似地，对于用户B也可以定义局部信息向量和中继信息向量。C A(t )和C B(t )分别表示用户A和B在时隙t 发送的n比特码字，GL和GR分别表示局部信息比特和中继信息比特的码字生成矩阵，而且码字速率的大小都为k /n。

用户节点上的编码操作：用户A和B的操作基本一致，下面以以用户A为例进行说明。在时隙t，假定用户A成功译码中继用户B的信息，则用户A首先交织产生中继信息，将用户A局部信息的码字和用户A中继信息的码字进行异或(XOR)操作，生成码字C A(t)=iLA(t)

上述伪随机交织可确保用户B的目的节点译码器向用户A的节点译码器提供的外信息与其获得的其他信息相互独立，有利于目的节点的迭代译码操作。

如果用户A没有成功译码，用户A只对局部信息向量进行编码

节点上的译码操作(目的节点D对进行译码)：根据上述编码方案，码字C A(t )和C B(t )中均带有信息，即以局部信息存在于码字C A(t )中，以中继信息存在于C B(t)中。C A(t)和C B(t )存在如下4种组合结构：

(1)C A(t)=GL，C B(t)=GL，此时C A(t)和C B(t)只包含了局部信息，利用GL的译码器对进行译码操作。

(2)C A(t)=GL?茌GR，C B(t)=GL，是交织后的中继信息。可从C B(t -1)获得的关于的外信息作为的先验信息，并使用最大后验概率译码对进行译码。

(3)C A(t )=iGL，C B(t )=GL?茌GR。可在C A(t )和C B(t )的译码器之间进行迭代译码，交换关于和=π()的外信息。

(4)C A(t )=GL?茌GR，C B(t )=GL?茌GR，采用矩阵G=[GL GR]T的软输入-软输出译码器进行迭代译码。由于=π()已经被实现，从C B(t -1)获得的外信息作为先验信息处理C A(t)，用0作为先验信息译码。C A(t)和C B(t)的软判决译码器交换关于的外信息。

用户B含有中继信息时，可利用C B(t )和C A(t +1)对数据包进行译码操作，并可迭代译码扩展到多个码字来改善译码性能。以译码为例，除了包含的两个码字C A(t)和C B(t)进行迭代译码，还可以利用码字C A(t+1)和C B(t+1)，基本原理如图6所示。

对非合作传输、时分多址合作传输、基于信号迭加的合作传输以及提出的网络编码合作传输4种方案比较可知，几种合作分集方案在高SNR时具有相同的错误曲线斜率，但网络编码合作传输的优势更明显。

3结束语

网络编码作为通信网络中的信息处理和传输理论研究的重大突破，具有重要的理论价值和广阔的应用前景，已被认为是下一代网络关键技术之一。将网络编码技术应用到无线通信系统中能进一步提高网络吞吐量、节省传输能量、增强鲁棒性和安全性。但也存在着如下尚未解决的问题，也是未来的研究方向：

网络编码算法设计。目前已提出了很多网络编码算法，有集中式算法、分布式算法、线性以及分布式编码算法。由于实际分集网络采用网络编码，需要考虑同步、节点开销等问题，设计适用于协作分集的网络编码算法将成为一个非常有意义的研究方向。

降低网络编码的计算复杂度。采用网络编码提高网络吞吐量的同时，增加了网络节点的编码操作，提高了其设计和实现的复杂度。如何在协作网络不显著增加节点开销的情况下，实现有效的网络编码协作分集处理，将有待于进一步的研究。

频率选择性衰落信道下的分集性能研究。目前考虑网络编码在协作分集中的应用，一般都假设信道是平衰落的，但在实际移动通信系统中，信道往往是频率选择性衰落的，这种信道环境下基于网络编码的协作分集将成为一个研究热点。