一种机会空时协作网络编码及其性能分析

《一种机会空时协作网络编码及其性能分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第13卷第4期电路与系统学报Vol.13No.42008年8月JOURNALOFCIRCUITSANDSYSTEMSAugust，2008文章编号：1007-0249(2008)04-0139-05*一种机会空时协作网络编码及其性能分析吕凌，于宏毅，张少波（解放军信息工程大学信息工程学院，河南郑州450002）摘要：本文提出了一种机会空时协作网络编码（OST-CNC，opportunisticspace-time-codedcooperativenetworkcoding），该技术将协作分集技术

2、和网络编码技术有机结合，能够克服无线信道衰落、提高系统资源利用率和网络吞吐。针对间隔两跳的链状网络中进行端到端信息交换的情形，分析了OST-CNC的中断性能和获取的网络编码增益，结果表明：相对于传统的数据交互策略，机会空时协作网络编码在获得全分集（获得的分集阶数为参与协作的节点数）的同时，也获得了4/3倍的渐近网络编码增益，由于机会路由的形成，OST-CNC的网络编码增益在中低信噪比（SNR）区域更为突出。关键词：协作分集；网络编码；中断概率；网络编码增益；无线多跳网络中图分类号：TN919.3

3、文献标识码：A1引言[1~3]协作分集技术通过节点间的协作，以虚拟天线阵的形式来克服无线信道衰落、获得分集增益，[4,5]能够有效提高无线通信系统的性能。网络编码的概念最初产生于有线网络，采用网络编码技术可以达到提高系统资源利用率、提升网络吞吐的目的。对于无线网络来说，一方面，无线信道的广播特性为网络编码的应用提供了有利条件；另一方面，无线信道衰落、干扰及噪声等因素又给网络编码的应用带来了新的挑战。基于克服无线信道衰落、提高网络吞吐的考虑，本文研究了协作网络编码技术，该技术融合了协作分集技术和网

4、络编码技术的优点，采用该技术的无线通信系统在获得分集增益的同时也能获得网络编码增益（系统资源利用率和网络吞吐的提高）。协作分集技术中，为获得分集增益，目的节点需要收到来自不同节点、包含同样信息的多个信号样本；网络编码技术则需要中间节点将来自多个节点的多个信息有选择地合并到一起，目的节点收到多个合并样本后进行解码、还原原始信息。和传统的点到点通信相区别，协作分集技术和网络编码技术具有共同的通信特征：多个节点参与、通过多次收发完成通信，因此，协作网络编码技术是协作分集技术和网络编码技术的自然结合。当

5、前有关协作网络编码的研究还停留在基本通信方式的研究上，研究模型只考虑了源节点和目的节点间有直达链路的情形，节点间的协作也局限于S-R-D（源-中继-目的）重复转发的方式。文献[6,7]中，Chen和Bao分析了协作网络编码方案的中断概率，但假设源节点和其协作伙伴间有理想的信道。[8,9][3]Hausl研究了网络编码和分布式信道编码（编码协作）的联合设计问题。本文提出一种机会空时协作网络编码，针对相隔两跳的节点进行信息交互的情形，组成协作群的几个中继节点，根据群内节点的接收情况，选择相应的协作网

6、络编码方式。文章结构安排如下：第2节，给出机会空时协作网络编码的数据交换策略；第3节、第4节，分别分析采用OST-CNC的链状网络中信息交换的中断性能和网络编码增益；第5节，给出理论分析的数值结果；第6节总结全文。2系统描述考虑无线链状网络中相隔两跳的节点间的信息交换，如图1(a)所示，它由三个独立节点组成，节*收稿日期：2007-08-06修订日期：2007-10-31基金项目：国家发改委CNGI示范工程课题（CNGI-04-10-1D）；河南省自然科学基金资助课题（SP05ZR23069）1

7、40电路与系统学报第13卷点A、B均不在对方的可靠通信范围内，信息交换需要通过中继节点R才能进行。文献[5]给出了非协作模式下的两种数据交换策略：ABR(a)通常的数据交换策略（TS）和网络编码的数据交换策略（NC），A、B进行一次信息交换，采用NC的策略可获得GNC=4/3的渐近网络R1…编码增益，但不能获得分集增益。考虑中继节点间的协作，假设A、ABB间有K个中继节点，它们组成协作节点群，如图1(b)所示。采用R[2]K空时协作分集技术（ST-CD），单跳链路上可获得K阶分集增益，(b)但S

8、T-CD所用的系统资源和TS的策略一样，即G=1，没有获得NC图1相隔两跳的节点间的信息交换网络编码增益。结合协作分集和网络编码两种技术的优势，本文提出了一种机会空时协作网络编码。在给出OST-CNC的数据交换策略前，做如下假设：1）网络中交换的数据以数据分组的形式传送，每个数据分组都具有相同的长度；2）接收节点能够正确判断数据分组是否成功接收，例如由附加在数据分组上的CRC校验比特判断；3）发送节点是否需要重新传送，通过接收节点反馈的ACK/NCK判断；4）群内协作节点间有理想的载波同步和符号