李滿平

摘要：網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)被引入無線通信中，充分利用了無線通信網(wǎng)絡(luò)的廣播特性和數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)的雙向特性，在中繼節(jié)點(diǎn)把不同信源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的干擾用編碼關(guān)系進(jìn)行信息融合，提升了無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量和通信效率。無線通信傳輸環(huán)境有很多不確定的因素，為了保證傳輸?shù)目煽啃?，引入了分集的概念，通過傳送多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)以供譯碼。無線通信環(huán)境中，分集技術(shù)是_種有效的抗衰落方法。

關(guān)鍵詞：無線通信；網(wǎng)絡(luò)編碼；協(xié)作分集

1網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)概述

網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)被引入無線通信中，充分利用了無線通信網(wǎng)絡(luò)的廣播特性和數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)的雙向特性，在中繼節(jié)點(diǎn)把不同信源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的干擾用編碼關(guān)系進(jìn)行信息融合，提升了無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量和通信效率。無線通信傳輸環(huán)境有很多不確定的因素，為了保證傳輸?shù)目煽啃?，引入了分集的概念，通過傳送多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)以供譯碼。網(wǎng)絡(luò)編碼融合了路由和傳統(tǒng)編碼，用一定代價(jià)的編解碼冗余度來獲取更大的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)編碼在無線通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用主要有：

1.1網(wǎng)絡(luò)編碼在無線自組織（Ad.Hoc）網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，采用網(wǎng)絡(luò)層和物理層平衡鏈路帶寬供需的跨層優(yōu)化策略，利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)來優(yōu)化路由算法，可以提升了無線自組織網(wǎng)絡(luò)的多播吞吐量。引入網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，增加了通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和成本。

1.2網(wǎng)絡(luò)編碼在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

傳感器網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)為中心的，在通信節(jié)點(diǎn)能收到多個(gè)信號(hào)，這樣也利用采用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)。通過隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，通信網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點(diǎn)獨(dú)立地選擇編碼系數(shù)，對(duì)輸入的信息比特流進(jìn)行線性運(yùn)算，然后將運(yùn)算后的結(jié)果廣播出去。

1.3網(wǎng)絡(luò)編碼在P2P網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

P2P網(wǎng)絡(luò)主要有實(shí)時(shí)性的P2P流媒體播放和非實(shí)時(shí)性的P2P文件下載兩種服務(wù)。在P2P文件下載中，采用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)可以使得傳輸信息分塊隨機(jī)組合，進(jìn)而使得整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分布均衡，并且網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)能夠適應(yīng)P2P通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化特性。

2有限域物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)

在無線通信網(wǎng)絡(luò)物理層中，所有發(fā)送數(shù)據(jù)都是通過電磁波信號(hào)的形式進(jìn)行傳播的。無線網(wǎng)絡(luò)具有有線網(wǎng)絡(luò)所沒有的廣播特性，通信網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)射出的電磁波信號(hào)通常會(huì)被多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收。當(dāng)然，一個(gè)接收端也可能在同一時(shí)間收到多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的信號(hào)。信號(hào)的疊加往往會(huì)造成信號(hào)之間的相互干擾。在無線網(wǎng)絡(luò)中，人們都認(rèn)為這種干擾會(huì)帶來負(fù)面影響，會(huì)嚴(yán)重減小無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的吞吐量。為具體說明物理層網(wǎng)絡(luò)編碼帶來的通信增益，下面介紹下傳統(tǒng)的三節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸方案，以及傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼通信方案。

2.1非網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方案

在現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)中，通信設(shè)備一般都工作在半雙工通信模式，即通信節(jié)點(diǎn)不同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的接收和發(fā)送。在網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)提出之前，源節(jié)點(diǎn)A、B通過中繼節(jié)點(diǎn)R進(jìn)行信息交互。在第一個(gè)時(shí)隙源節(jié)點(diǎn)A發(fā)送已調(diào)信號(hào)至中繼節(jié)點(diǎn)R。第二個(gè)時(shí)隙，基于解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼和信號(hào)再生得到轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)至源節(jié)點(diǎn)B。第三個(gè)時(shí)隙輪到源節(jié)點(diǎn)B發(fā)送已調(diào)信號(hào)至中繼節(jié)點(diǎn)R。類似，中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行解碼和信號(hào)再生得到轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)發(fā)至源節(jié)點(diǎn)A。這樣，源節(jié)點(diǎn)A、B實(shí)現(xiàn)一次信息交互，需要四個(gè)時(shí)隙。

2.2傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方案

引入網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，源節(jié)點(diǎn)A、B需要交互源信息和。在第一個(gè)時(shí)隙，源節(jié)點(diǎn)A將已調(diào)信號(hào)發(fā)送至中繼R，中繼節(jié)點(diǎn)解調(diào)譯碼得到源節(jié)點(diǎn)A的源信息。在第二時(shí)隙，源節(jié)點(diǎn)B將已調(diào)信號(hào)發(fā)送至中繼，中繼節(jié)點(diǎn)解調(diào)譯碼得到源節(jié)點(diǎn)B的源信息。第三時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼得到新的編碼信息，然后編碼調(diào)制得到新的信號(hào)，最后將其廣播出去。由以上分析可知，有限域物理層網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方式用2個(gè)時(shí)隙就實(shí)現(xiàn)了源節(jié)點(diǎn)A、B之間信息的交互，提升了很大的系統(tǒng)吞吐量。

3協(xié)作分集技術(shù)

無線通信具有空間的開放性，所以無線通信鏈路常伴有衰落，比如瑞麗衰落，陰影衰落。這些衰落對(duì)通信質(zhì)量有較大的影響，也造成系統(tǒng)功率的損失。為了對(duì)抗衰落，在無線通信中引入了分集合并技術(shù)。所謂分集，就是在統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信道上傳輸相同的數(shù)據(jù)，所有獨(dú)立路徑同時(shí)陷入深衰落的可能性比較小，在接收端通過合并達(dá)到抵抗衰落的目的。分集技術(shù)主要利用信號(hào)的時(shí)域分量、頻域分量以及空域分量來實(shí)現(xiàn)。在無線通信系統(tǒng)中，最常用的分集技術(shù)是時(shí)間分集、頻率分集、空間分集和協(xié)作分集。

3.1時(shí)間分集

當(dāng)信號(hào)發(fā)送的時(shí)間間隔大于相干時(shí)間傳輸同一信號(hào)N次，則多次發(fā)送的信號(hào)的衰落性能彼此獨(dú)立，在接收端就可以得到N個(gè)獨(dú)立的分集信號(hào)。

3.2空間分集

不同發(fā)送信號(hào)具有空間獨(dú)立性，使用多個(gè)天線，當(dāng)相鄰天線的間隔距離時(shí)（表示工作波長），各工種天線的信號(hào)衰落特性是相互獨(dú)立的。

3.3頻率分集

頻率分集是利用多個(gè)載波頻率發(fā)送獨(dú)立的信號(hào)。為了減少多個(gè)頻率的相互干擾，保證各分集頻率在頻域上相互獨(dú)立，各個(gè)載頻之間必須設(shè)置頻率間隔，該間隔要大于或者等于信道的相干帶寬。

3.4協(xié)作分集

MIMO技術(shù)要求移動(dòng)終端具有多個(gè)天線裝置，且天線要處于獨(dú)立衰落信道中。但在現(xiàn)實(shí)中，多數(shù)的小型設(shè)備沒有安裝多個(gè)天線，有時(shí)候傳播環(huán)境也不支持MIMO，這樣往往沒辦法實(shí)現(xiàn)滿秩分集。

協(xié)作分集中，網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點(diǎn)能夠?yàn)樾畔⒎植际絺鬏敽吞幚磉M(jìn)行協(xié)作，扮演中繼節(jié)點(diǎn)的角色。協(xié)作分集網(wǎng)絡(luò)中，通信節(jié)點(diǎn)執(zhí)行設(shè)計(jì)的信號(hào)處理算法，多終端能處理從其他節(jié)點(diǎn)偵聽到的傳輸信號(hào)，且通過彼此的中繼信息進(jìn)行相互協(xié)作。在目的節(jié)點(diǎn)對(duì)中繼信息進(jìn)行組合就能產(chǎn)生空間分集。在接收端，必須采取相應(yīng)的合并技術(shù)合并接收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立信號(hào)。合并方式多數(shù)采用線性合并，對(duì)不同衰落信號(hào)進(jìn)行加權(quán)和。現(xiàn)在比較常用的合并方式有，選擇合并技術(shù)、等增益合并技術(shù)以及最大比合并技術(shù)。

4結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)編碼中從信息比特處理的層面分析，網(wǎng)絡(luò)編碼融合了路由和傳統(tǒng)編碼，用一定代價(jià)的編解碼冗余度來獲取更大通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量。然后在分集技術(shù)中，介紹了比較常見的分集技術(shù)。分集技術(shù)能提供多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立信號(hào)副本，這樣可以避免所有獨(dú)立路徑都同時(shí)陷入深衰落中。由此可得，分集技術(shù)對(duì)抵抗多徑衰落具有良好的作用，增加了無線通信系統(tǒng)的傳輸可靠性。