无线协作网络的复数域网络编码研究

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1、大连海事大学毕业论文二〇一一年六月无线协作网络的复数域网络编码研究专业班级：通信工程4班姓名：郜银龙指导教师：阎秋娜信息科学技术学院摘要关键词：AbstractKeyword:目录第1章绪论1无线协作网络的复数域网络编码研究第1章绪论1.1课题研究的背景及意义为了满足人们对通信越来越高的需求，未来的无线通信系统将遭遇大容量和高速率的挑战，在这样的形势下多输入多输出(MIMO)技术应运而生。MIMO是指在通信系统的发射端和接收端，分别使用多个发射天线和接收天线，以此使系统达到空间复用增益和空间分集增益，从而解决

2、了通信系统大容量高需求与有限频带资源之间的矛盾。MIMO技术扩展了一维智能天线技术，是无线通信领域智能天线技术的重大突破。其具有极高的频谱利用率，能在不增加带宽的情况下成倍地提高无线通信系统的容量，且大大增强了信道的可靠性，是新一代无线通信系统(Beyond3G/4G)的核心技术之一。近些年来世界各国学者也对MIMO的理论、性能、算法和实现等方面进行了广泛的研究[2]。但是随着研究的深入，人们发现MIMO技术虽然有效消除了无线信道多径、时变衰落的影响，但是移动终端受体积、功率以及硬件复杂度等实现因素的制约，使

3、用多天线几乎是不切实际的，这MIMO技术的广泛应用[3]。1998年，Sendonaris等人在文献[4]提出了一种新的空间分集技术—协同MIMO(CooperativeMIMO，也称虚拟MIMO)。其基本原理是多用户环境中的单天线用户，在传输自身信息的同时还可以传输所检测到的临近用户的信息。实际上，协同MIMO就是利用这点使各单天线用户共享其终端的天线，从而在用户和基站之间建立多条虚拟的衰落信道，以此来达到空间分集增益。协同MIMO克服了传统MIMO技术的限制，为MIMO技术走向实用化道路提供了新的思路[5

4、]。然而，协同MIMO在用户距离基站较远时，速率的提高仍然受到制约。为了提高小区边缘用户的传输性能，一些学者认为可以把中继技术引入到无线协同通信系统中。协同中继通信系统的关键点是将网络中部分节点作为中继节点以有效地转发源节点的信息。中继通信技术的引入可以追溯到上个世纪的七十年代早期Cover和Gamal关于中继信道的信息理论特性的研究。他们在假定所有节点工作在相同频带的情况下分析了一个三节点网络的容量，将系统分解为了一个广播信道和一个多址信道(分别从源节点和目的节点来看)。他们的研究为中继通信技术奠定了理论基

5、础，促进了协同中继通信的发展。在无线协同网络中，任意节点都可以既作为源节点又作为中继节点。然而传统的中继节点一般只用来转发用户的信息，同时为了支持多用户，常采用频分、时分的方式来进行转发，这大大降低了资源的利用率，使中继成为无线网络传输的主要瓶颈。而网络编码技术允许中继节点对所接收到的信息进行一定的信号处理之后再转发出去，有效地提高了中继节点的转发能力和网络的容量，解决了无线通信网络的中继传输瓶颈问题[3,5]。1.2网络编码的研究背景网络编码是通信领域的重大突破，近年来网络编码技术作为提高网络传输速率的有效

6、手段已经受到了国内外研究学者的普遍关注。网络编码技术源于1956年Shannon在“ANoteontheMaximumFlowThroughaNetwork[6]”一文中所指出的：通信网络中端对端的最大信息流，是由网络有向图模型中的最小割所决定的。但是由于传统的路由器的存储转发模式根本无法达到Shannon最大流-最小割定理所规定的最大流容量，因此，Shannon所提出的这一理论上限一度处于停滞状态。2000年，香港中文大学的R.Ahlswdee等人发表了“NetworkInformationFlow[7]”

7、一文，创造性地提出了网络编码的概念，把编码与路由有机地结合了起来，建立了一个全新的网络结构体系，使得Shannon所提出的网络容量的理论上限成为了可能。2003年，李硕彦、蔡宁和杨伟豪等人发表“LinearNetworkCoding[8]”一文，指出通过线性网络编码可以在线性范围内实现理论容量的上限，这为网络编码的应用奠定了理论基础。2006年，国际上第一部网络编码的专著正式出版。2007年，李硕彦和杨伟豪教授发起并主办了首届网络编码顶级学术会议NetCode’2007。而且2011年，网络编码的国际顶级学术

8、会议NetCode’2007也将在北京举行。目前，网络编码的研究也正试图转向实用化。网络编码还可以与其他的通信技术相结合，从多个角度对网络进行优化。网络编码具有很高的理论价值和应用价值，是国内外的最新研究课题。物理层网络编码的发展在无线链路的物理层，所有的数据都是通过电磁波进行传输的。无线媒介的广播特性使得一个接收节点可以同时接收到多个不同节点所传送的信息，这势必会引起信号间的干扰，从而影响网络的吞