信道编码与物理层网络编码的联合编解码研究

物理层网络编码（PNC）是申请人首次在国际上提出来的一种全新的无线传输方案[2]。PNC不仅可以显著提高无线网络的吞吐量，还可以任意逼近双向中继信道的信道容量(高信噪比和低信噪比的情况下),引起了国内外广大学者的重视。当前的研究仅仅局限于把PNC当作一种新的调制解调方式：或没有考虑信道编码；或是简单的把当前的信道编码叠加在PNC上面。由于未能充分利用PNC的特性，这些简单的信道编码方法有着严重的性能损失。本项目根据PNC的独特性质，首先提出一种全新的PNC和信道解码联合编解码框架，新的框架尽量匹配了信道编码和网络编码，很有潜力成为一种最优的框架。其次，本项目将现有的信道编码应用在新的框架下，提出具体的编解码算法。该算法的前期仿真研究表明新的方案能够明显的提升系统的BER性能。本研究还将在理论上，分析和论证新解码算法的性能，并且将结果用于双向中继信道以研究其容量。

双向中继信道是无线通信系统中一种典型的通信模型，而物理层网络编码是一种适用于双向中继信道的全新无线传输方案。本项目主要研究了信道编码与物理层网络编码的联合设计问题。.在本项目的支持下，课题组完成了以下四个研究内容：（1）对单天线双向中继系统，研究了有限域物理层网络编码与无限域物理层网络编码中的信道编码。对每一种物理层网络编码方式，都解决了在中继节点与两端节点的信道编解码与网络编码联合设计的问题。新的设计方案不仅可以将系统的性能提高1-2dB，还进一步加深了双向中继信道的信道容量的理解。（2）对多天线双向中继系统，提出了新的物理层网络编码的编解码方案及其与信道编解码联合设计算法。证明了新物理层网络编码方案可以在低复杂度下提高MIMO 双向中继系统的分集增益。（3）研究了物理层网络编码在实现中同步的同步问题，证明同步对物理层网络编码的性能影响有限，并且利用软件无线电实现了物理层网络编码的原型机，说明了理论分析的正确性。（4）从理论上分析了将PNC应用于规则的无线网络中的性能。假设网络里每个节点的业务都是随机产生的，假设理想的调度策略并且网络节点规则分布，当网络大小趋于无穷时：PNC可以将线下网络的最大吞吐量提高2倍，将二维网络的最大吞吐量提高2-5倍。.本项目的研究首先提出了物理层网络编码与信道编码的新算法，为不同的系统设计了新的传输方案；然后证明了物理层网络编码在无线网络应用中有重要的价值；最后利用软件无线电实现了物理层网络编码的原型机，说明了其可行性。因此，本项目的研究推动了物理层网络编码及无线通信系统的进一步发展。