带宽高效IRA物理层网络编码技术研究.pdf

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1、带宽高效IRA物理层网络编码技术研究2014年10月中图分类号：TN929.5UDC分类号：621.39带宽高效IRA物理层网络编码技术研究作者姓名杨雷学院名称信息与电子学院指导教师安建平教授答辩委员会主席李旭教授申请学位工学博士学科专业信息与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月23日ResearchonBandwidth-EfficientIrregularRepeat-AccumulatecodedPhysical-layerNetworkCodingCandidateName：LeiYangSchoolorDepar

2、tment:SchoolofInform.Sci.&Elec.FacultyMentor:Prof.JianpingAnChair,ThesisCommittee：Prof.XuLiDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：Inform.andCommun.Eng.Degreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan.23，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标

3、注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要物理层网络编码（Physical-layernetworkcoding,PNC）因其能有效利用无线信道的自然线性叠加效应来提高多用户无线网络容量而受到广泛关注和深入研究。物理层网络编码技术被认为是未来无线网络、下一代宽带移动通信网和协作通信网中用来有效逼近网络信息容量的关键技术之一。研究具有兼容高

4、斯、衰落信道模型，带宽高效和复杂度可控3大特点的信道编码保护的物理层网络编码技术成为物理层网络编码技术走向实用的关键。目前，信道编码保护的物理层网络编码技术以二进制编码与调制的物理层网络编码、基于二进制编码的高阶调制物理层网络编码和基于格码（Latticecode）的物理层网络编码为主，这些技术难以同时满足物理层网络编码技术实用化所需的上述3大特点。在此背景下，本文以有限域GF(q)上带宽高效非规则重复累积（irregularrepeat-accumulate,IRA）编码的物理层网络编码技术为研究重点，所做创新性工作总结如下：1、针对二进制信

5、道编码与调制的物理层网络编码在中高信噪比下带宽利用率低，基于二进制信道编码的高阶调制物理层网络编码无最优译码算法，基于格码的物理层网络编码译码复杂度高或接近信道容量的能力受限的问题，提出基于有限域GFqq(),2>上的带宽高效IRA-PNC方案，以接近加性高斯白噪声（additivewhiteGaussiannoise,AWGN）双向中继（two-wayrelaychannel,TWRC）信道容量。该方案在两个用户节点采用相同的带宽高效非规则重复累积码，使中继节点可以利用非规则重复累积码的线性特性和无线信道的线性叠加效应直接从接收叠加信号中计算

6、物理层网络编码信息。在该方案下，首先设计了含加权合并-累加器和随机陪集（random-coset）映射机制的带宽高效非规则重复累积码；然后提出了TWRC下中继节点直接从叠加信号中恢复物理层网络编码信息的算法。为了分析和优化带宽高效IRA-PNC方案，首先将全零码假设（all-zerocodewordassumption）分析方法扩展到TWRC下，然后利用带宽高效非规则重复累积编码器结构给中继节点译码器消息分布带来的对称性（symmetryproperty）和置换不变性（permutation-invariantproperty），以及译码器消息

7、分布的高斯近似，将外在信息传输图（extrinsicinformationtransferchart,EXITchart）分析优化方法扩展到TWRC带宽高效IRA-PNC方案中。仿真结果表明，带宽高效IRA-PNC方案能够实现距加性高斯白噪声TWRC信道容限1dB以内I的性能。2、为解决加性高斯白噪声TWRC模型适用范围较窄和基于格码的计算-转发架构复杂度过高的问题，提出基于带宽高效非规则重复累积码的线性物理层网络编码（linearphysical-layernetworkcoding,LPNC）方案（带宽高效IRA-LPNC方案），以接近慢衰

8、落TWRC的中断容量。首先推导了瑞利慢衰落TWRC下中继节点和用户节点的误包率下界；在给出线性物理层网络编码模型的基础上，着重分析了线性物理层网络编码