物理层网络编码仿真设计与实现

网络编码思想诞生于2000年，其思想是通过对接收到的多路数据进行线性或者非线性处理，然后转发，从而利用有限的网络资源传输更多的信息，提高系统的信息吞吐量。网络编码融合了路由机制和传统编码，推翻了独立的比特不能再被压缩的经典理论，从本质上打破了通信网络中传统的信息处理方式，网络编码概念的提出是通信领域的一项重大突破。
但是，在中继节点对信息进行译码计算会带来一定的性能损失，于是诞生了物理层网络编码技术，将网络编码应用于物理层，在中继节点不需要进行解码，将接收到的物理层信号进行映射，然后广播，物理层网络编码比网络编码更能提高系统的吞吐量，物理层网络编码正日益成为近年来的研究热点。 HM000058
本文首先介绍了网络编码的产生背景、研究现状，在介绍网络编码技术的基础上，详细介绍了物理层网络编码原理；基于双向无线中继系统，详细介绍了基于去噪映射的物理层网络编码策略，并对采用2psk、4psk、8psk调制时的物理层网络编码策略进行了仿真对比；最后，简单介绍了RS码、卷积码的编译码原理，并将物理层网络编码和RS码、卷积码进行了联合设计，并对联合设计方案进行了仿真对比。
但是，经过近几年的发展，物理层网络编码依旧处于研究的初级理论阶段，有很多问题等待进一步解决。
关键词：网络编码；物理层网络编码；去噪映射；信道编码
1.3网络编码的研究内容
经过几年的快速发展，网络编码的相关研究已经发展到有线和无线网络的各个层面，新理论和新应用不断涌现。虽然已经对网络编码理论进行了广泛的研究，并从理论模型上证明运用网络编码能提升网络的性能，但是大多是基于理想化的模型，与实际的应用环境还有一定的差距，由此得出的结论尚存局限性。若将网络编码应用于实际，还有待更深入的进行研究。目前，网络编码的主要研究内容体现在以下几个方面：
（1）网络编码的可靠性 查看完整请+Q:351916072获取
网络编码通常对网络中的错误十分敏感，极易导致信宿节点译码失败。为了提高网络编码的可靠性，Cai等人首先提出了网络纠错[4]的概念，它起源于传统纠错码，但被赋予新的含义，已经发展成为一个新的方向。（2）网络编码复杂性
    采用网络编码可以在很大程度上提高网络性能，但是网络编码允许中间节点参与编译码，相对于路由而言，节点需增加额外计算和存储要求，设计和实现上的复杂性也随之增加，也引起了较大时延。在保持网络编码提升网络吞吐量优势的前提下尽量降低网络编码复杂性，即实现最小代价网络编码，成为研究网络编码的关键问题之一。
（3）网络编码与信道编码的联合
网络编码这一新的理论出现以后，由于网络编码本质上不同于信道编码，可以通过网络编码与信道编码的联合设计来纠正网络中出现的错误，从而提升网络编码信息传输的有效性，所以研究网络编码与信道编码的联合设计具有重要意义。
（4）网络编码安全性
网络编码的安全问题也吸引了一些敏锐研究者的目光，因为网络编码允许中间节点参与编译码，可能发生恶意中间节点添加垃圾信息或破坏信息的情况，从而导致信宿节点永远无法正确译码的严重情况，所以需要研究适合网络编码特点的新的安全机制，研究基于网络编码的安全理论、策略、机制和有效算法是网络编码走向实用化的重要前提。
1.4本文的主要内容
第一章简单介绍了网络编码提出的背景、研究现状及研究内容。
第二章中，首先，借助“蝶形网络”介绍了网络编码的原理、优劣及应用领域，然后，借助于无线网络通信中最基本的无线双向中继信道模型，研究了传统传输模式、直接网络编码模式和物理层网络编码模式，并比较了各传输模式的性能。研究表明，物理层网络编码与传统传输模式和直接网络编码模式相比分别能够提高100%和50%的信息容量。
第三章介绍了基于去噪转发的物理层网络编码策略，详细介绍了系统模型、映射规则、映射方法，并对采用2psk、4psk、8psk调制方式的去噪转发策略进行了仿真分析。
第四章主要介绍了物理层网络编码与信道编码技术相结合的方案，本文采用RS码和卷积码，首先介绍了RS码和卷积码的编译码原理，然后对联合设计方案进行了仿真分析。
第五章对本文进行了总结和展望。 查看完整请+Q:351916072获取
摘要  I
Abstract  II
目录  III
第一章 绪论  1
1.1网络编码提出的背景  1
1.2网络编码的提出和现状  2
1.3网络编码的研究内容  3
1.4本文的主要内容  4
第二章 物理层网络编码  6
2.1 网络编码简介  6
2.1.1蝶形网络  6
2.1.2网络编码的优缺点  7
2.1.3网络编码的应用  9
2.2物理层网络编码原理及分析  10
2.2.1基于双向中继模型的物理层网络编码分析  10
2.2.2中继节点处的性能分析  12
第三章 基于去噪转发的物理层网络编码  15
3.1物理层网络编码策略  15
3.1.1叠加物理层网络编码  15
3.1.2 DNF物理层网络编码  16
3.2 DNF物理层网络编码模型  16
3.2.1多址接入阶段  17
3.2.2中继去噪转发  17
3.2.3广播阶段  18
3.3去噪映射及星座设计  19
3.3.1去噪映射准则  19
3.3.2基于QPSK调制的去噪映射的仿真  20
3.3.3去噪映射仿真性能分析  22
第四章 物理层网络编码与信道编码的联合设计  24
4.1差错控制技术简介  24
4.2 RS编译码原理简介  25
4.2.1 RS编码原理  25
4.2.2 RS译码原理  26
4.3卷积码编译码原理简介  27
4.3.1卷积编码原理  27
4.3.2卷积译码原理  28
4.4 MATLAB仿真分析  29
4.4.1信道编码仿真分析  29
4.4.2联合设计仿真性能分析  31
第五章 总结与展望  33
5.1论文工作总结  33
5.2课题研究展望  33
参考文献  35
致谢  37 查看完整请+Q:351916072获取

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