● 摘要
网络节点彼此协作、共享资源的协作通信方式，融合了空间分集与码率复用的优势，可以更充分地利用有限的频谱、功率资源，提高系统容量和传输性能，是解决未来通信系统高速数据传输和任意接入切换的频率效率和功率效率问题的有效途径。网络节点间的协作方式主要依靠编码，其中，网络编码打破了固有存储转发的传输机制和传统网络协议分层设计界限，以其容量性能提升的优势在通信领域中占有一席之地。本文将网络编码用于协作通信，从协作方式、协作性能和协作应用三个方面展开研究，提出比特级合并的数字网络编码和信号级合并的模拟网络编码协作传输机制，并对基于网络编码的联合信息压缩、处理和传输的通信体制进行了初探。论文的工作成果和创新点如下：1．提出了一种适用于协作通信的基于LDPC（Low Density Parity Check code）的奇偶校验网络-信道编码方法。利用分层的思想构造分布式的系统编码奇偶校验矩阵，并为联合设计建立了网络编码信息与源信息的约束关系，所提出的协作节点网络编码方案采用信息论的随机编码机制，实现比特级的信息合并，同时保证编码复杂度和码长的线性关系，可以有效均衡系统传输效率（复用）和传输可靠性（分集）。2．提出了一种适用于协作通信的有效处理干扰和衰落的非同步物理层网络编码（PNC）方案。利用非正交联合对角化的盲信号分离方法（ARD）对复数域的PNC进行译码，实现衰落信道下信号级的信息合并和分离。理论分析和仿真表明，基于ARD算法的PNC体制同时在系统容量、分集增益和实际应用方面具有较大优势。本文还将复数域PNC的模拟传输机制推广至大规模网络，实现网络数据全网覆盖的高效传输。3．通过建立网络拓扑的邻接矩阵对网络节点的连通状况和协作关系进行描述，提出基于邻接矩阵优化问题的大规模网络环境下协作节点组群方法。其优化目标为最小化系统中断概率，考虑到网络编码在网络无环的情况下译码性能良好，以逼近无环网络作为优化的约束条件，所提方法可以实现较低中断概率的多节点协作。4．在大规模无线密集型网络环境下，提出了联合压缩、处理和传输网络数据的跨层协作方法。首先提出基于信道参数估计和分布式压缩传感（DCS）实现联合信源信道压缩编码；然后提出在数据传输时利用模拟网络编码实现信号级的合并和广播，以减少信号传输次数的方式，在空间维压缩网络数据；最后提出空间维和时间维压缩重构的交替算法，充分利用了信号间和信号内的相关性，使得信号重构性能提升显著。