本文關(guān)鍵詞：帶寬高效IRA物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：物理層網(wǎng)絡(luò)編碼（Physical-layer network coding, PNC）因其能有效利用無線信道的自然線性疊加效應(yīng)來提高多用戶無線網(wǎng)絡(luò)容量而受到廣泛關(guān)注和深入研究。物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)被認(rèn)為是未來無線網(wǎng)絡(luò)、下一代寬帶移動通信網(wǎng)和協(xié)作通信網(wǎng)中用來有效逼近網(wǎng)絡(luò)信息容量的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究具有兼容高斯、衰落信道模型，帶寬高效和復(fù)雜度可控3大特點(diǎn)的信道編碼保護(hù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)成為物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。目前，信道編碼保護(hù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)以二進(jìn)制編碼與調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼、基于二進(jìn)制編碼的高階調(diào)制物理層網(wǎng)絡(luò)編碼和基于格碼（Latticecode）的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼為主，這些技術(shù)難以同時滿足物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)實(shí)用化所需的上述3大特點(diǎn)。在此背景下，本文以有限域GF(q)上帶寬高效非規(guī)則重復(fù)累積（irregular repeat-accumulate, IRA）編碼的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)為研究重點(diǎn)，所做創(chuàng)新性工作總結(jié)如下： 1、針對二進(jìn)制信道編碼與調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在中高信噪比下帶寬利用率低，基于二進(jìn)制信道編碼的高階調(diào)制物理層網(wǎng)絡(luò)編碼無最優(yōu)譯碼算法，基于格碼的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼譯碼復(fù)雜度高或接近信道容量的能力受限的問題，提出基于有限域GF (q), q2上的帶寬高效IRA-PNC方案，以接近加性高斯白噪聲（additive whiteGaussian noise, AWGN）雙向中繼（two-way relay channel, TWRC）信道容量。該方案在兩個用戶節(jié)點(diǎn)采用相同的帶寬高效非規(guī)則重復(fù)累積碼，使中繼節(jié)點(diǎn)可以利用非規(guī)則重復(fù)累積碼的線性特性和無線信道的線性疊加效應(yīng)直接從接收疊加信號中計(jì)算物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息。在該方案下，首先設(shè)計(jì)了含加權(quán)合并-累加器和隨機(jī)陪集（random-coset）映射機(jī)制的帶寬高效非規(guī)則重復(fù)累積碼；然后提出了TWRC下中繼節(jié)點(diǎn)直接從疊加信號中恢復(fù)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息的算法。為了分析和優(yōu)化帶寬高效IRA-PNC方案，首先將全零碼假設(shè)（all-zero codeword assumption）分析方法擴(kuò)展到TWRC下，然后利用帶寬高效非規(guī)則重復(fù)累積編碼器結(jié)構(gòu)給中繼節(jié)點(diǎn)譯碼器消息分布帶來的對稱性（symmetry property）和置換不變性（permutation-invariant property），以及譯碼器消息分布的高斯近似，將外在信息傳輸圖（extrinsic information transferchart, EXIT chart）分析優(yōu)化方法擴(kuò)展到TWRC帶寬高效IRA-PNC方案中。仿真結(jié)果表明，帶寬高效IRA-PNC方案能夠?qū)崿F(xiàn)距加性高斯白噪聲TWRC信道容限1dB以內(nèi)的性能。 2、為解決加性高斯白噪聲TWRC模型適用范圍較窄和基于格碼的計(jì)算-轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)復(fù)雜度過高的問題，提出基于帶寬高效非規(guī)則重復(fù)累積碼的線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼（linear physical-layer network coding, LPNC）方案（帶寬高效IRA-LPNC方案），以接近慢衰落TWRC的中斷容量。首先推導(dǎo)了瑞利慢衰落TWRC下中繼節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)的誤包率下界；在給出線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼模型的基礎(chǔ)上，著重分析了線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方案中繼節(jié)點(diǎn)基于集合分割的線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息計(jì)算算法及該算法下中繼節(jié)點(diǎn)計(jì)算線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息的錯誤概率；以最小化中繼節(jié)點(diǎn)計(jì)算線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息的錯誤概率為準(zhǔn)則，提出了最大化最小分組距離的線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼漸進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；最后提出了帶寬高效IRA-LPNC方案的中繼節(jié)點(diǎn)譯碼算法。仿真結(jié)果顯示，采用GF(3)上碼率3/4的帶寬高效IRA-LPNC方案達(dá)到了距離中斷容限1.2dB的性能；與傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方案相比，本方案帶來了大于4.5dB的增益。 3、針對TWRC模型僅包含兩個用戶，適用范圍有必要進(jìn)一步擴(kuò)大的問題，提出針對多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)的帶寬高效IRA-LPNC方案，以提升多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)性能。在定義多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，，提出了中繼節(jié)點(diǎn)計(jì)算線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息的聯(lián)合最大后驗(yàn)概率和分量最大后驗(yàn)概率算法，提出了信宿節(jié)點(diǎn)包含“邊帶信息”的聯(lián)合最大后驗(yàn)概率算法；然后證明了在中高信噪比條件下，最小化中繼節(jié)點(diǎn)計(jì)算線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息的錯誤概率才能最小化信宿恢復(fù)用戶信息的錯誤概率；通過定義線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼分組距離譜和最小分組距離，推導(dǎo)出中繼節(jié)點(diǎn)計(jì)算線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息的錯誤概率；然后通過最大化最小分組距離提出了多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)計(jì)算多個優(yōu)化線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息的算法；最后提出了帶寬高效IRA-LPNC方案下中繼節(jié)點(diǎn)和信宿節(jié)點(diǎn)的譯碼算法。仿真結(jié)果顯示，在4個單天線用戶、中繼和信宿均為雙天線的中繼網(wǎng)絡(luò)中，本文所提帶寬高效IRA-LPNC方案相對中繼節(jié)點(diǎn)采用譯碼-轉(zhuǎn)發(fā)的方案具有2dB以上的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：物理層網(wǎng)絡(luò)編碼 帶寬高效調(diào)制編碼 計(jì)算-轉(zhuǎn)發(fā) 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼 非規(guī)則重復(fù)累積碼
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 插圖目錄13-14
• 表格目錄14-15
• 縮寫符號對照表15-17
• 第1章 緒論17-27
• 1.1 課題研究背景17-23
• 1.1.1 物理層網(wǎng)絡(luò)編碼概述17-18
• 1.1.2 信道編碼保護(hù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.1.3 基于多元調(diào)制編碼的帶寬高效物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢22-23
• 1.2 論文選題意義23-24
• 1.3 主要內(nèi)容和章節(jié)安排24-27
• 第2章 高斯雙向中繼信道帶寬高效 IRA 物理層網(wǎng)絡(luò)編碼27-65
• 2.1 引言27-28
• 2.2 高斯雙向中繼信道與帶寬高效物理層網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)模型28-32
• 2.2.1 高斯雙向中繼信道模型28-29
• 2.2.2 對稱高斯雙向中繼信道容量29-31
• 2.2.3 帶寬高效物理層網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)模型31-32
• 2.3 帶寬高效 IRA 物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方案32-44
• 2.3.1 用戶節(jié)點(diǎn)帶寬高效 IRA 編碼方法32-35
• 2.3.2 中繼節(jié)點(diǎn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息計(jì)算算法35-44
• 2.4 帶寬高效 IRA 物理層網(wǎng)絡(luò)編碼性能分析44-54
• 2.4.1 雙向中繼信道全零碼假設(shè)分析方法44-51
• 2.4.2 BP 譯碼器消息分布的對稱性和置換不變性51-53
• 2.4.3 BP 譯碼器消息分布的高斯近似53-54
• 2.5 帶寬高效 IRA 物理層網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)54-58
• 2.5.1 EXIT chart 分析與優(yōu)化方法54-55
• 2.5.2 變量節(jié)點(diǎn)譯碼器 EXIT 函數(shù)55-56
• 2.5.3 校驗(yàn)節(jié)點(diǎn)譯碼器 EXIT 函數(shù)56-57
• 2.5.4 節(jié)點(diǎn)度優(yōu)化算法57-58
• 2.6 高斯雙向中繼信道下帶寬高效 IRA 物理層網(wǎng)絡(luò)編碼性能仿真58-63
• 2.7 本章小結(jié)63-65
• 第3章 衰落雙向中繼信道帶寬高效 IRA 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼65-87
• 3.1 引言65-66
• 3.2 慢衰落雙向中繼信道下帶寬高效物理層網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)模型66-67
• 3.3 瑞利慢衰落雙向中繼信道中繼節(jié)點(diǎn)與用戶節(jié)點(diǎn)誤包率下界67-70
• 3.3.1 中繼節(jié)點(diǎn)恢復(fù)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息的誤包率下界67-69
• 3.3.2 用戶節(jié)點(diǎn)恢復(fù)信息的誤包率下界69-70
• 3.4 計(jì)算-轉(zhuǎn)發(fā)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼原理70-71
• 3.5 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼71-79
• 3.5.1 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼模型72-74
• 3.5.2 中繼節(jié)點(diǎn)線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息計(jì)算算法74-77
• 3.5.3 中繼節(jié)點(diǎn)線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息計(jì)算錯誤概率77
• 3.5.4 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)方法77-79
• 3.6 帶寬高效 IRA 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼79-82
• 3.6.1 中繼節(jié)點(diǎn)線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息計(jì)算流程79-81
• 3.6.2 中繼節(jié)點(diǎn)信道輸入后驗(yàn)概率信息計(jì)算算法81-82
• 3.6.3 中繼節(jié)點(diǎn)隨機(jī)陪集去除算法82
• 3.7 瑞利慢衰落雙向中繼信道帶寬高效 IRA 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼性能仿真82-85
• 3.8 本章小結(jié)85-87
• 第4章 多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)帶寬高效 IRA 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼87-114
• 4.1 引言87-88
• 4.2 多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)模型88-92
• 4.2.1 多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)實(shí)數(shù)模型89-91
• 4.2.2 多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)復(fù)數(shù)模型91-92
• 4.3 多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方案92-97
• 4.3.1 中繼節(jié)點(diǎn)信息處理流程93-95
• 4.3.2 信宿節(jié)點(diǎn)信息處理流程95-97
• 4.4 多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)97-105
• 4.4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)問題描述97-100
• 4.4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法100-105
• 4.5 多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)帶寬高效 IRA 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼105-109
• 4.5.1 中繼節(jié)點(diǎn)線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼信息計(jì)算算法106-108
• 4.5.2 信宿節(jié)點(diǎn)信源信息計(jì)算算法108-109
• 4.6 多用戶訪問中繼網(wǎng)絡(luò)帶寬高效 IRA 線性物理層網(wǎng)絡(luò)編碼性能仿真109-112
• 4.7 本章小結(jié)112-114
• 第5章 結(jié)論與展望114-117
• 參考文獻(xiàn)117-128
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單128-129
• 致謝129-131
• 作者簡介131

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳晨;程海川;依那;項(xiàng)海格;;物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在數(shù)據(jù)會聚無線自組織網(wǎng)絡(luò)中的容量增益研究[J];電子與信息學(xué)報(bào);2010年08期

2 陳志成;鄭寶玉;吉曉東;肖小潮;;一種基于TCM的信道編碼與物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的聯(lián)合設(shè)計(jì)[J];電子與信息學(xué)報(bào);2011年11期

3 ;Throughput Gain of Random Wireless Networks with Physical-Layer Network Coding[J];Tsinghua Science and Technology;2012年02期

  本文關(guān)鍵詞：帶寬高效IRA物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：271551