基于网络编码的协作分集技术研究

在无线通信网络中, 分集是对抗衰落的有效技术。为了克服通信终端受设备体积等因素的限制而不能实现多天线的约束, 有学者提出协作分集技术[1]。近几年不少文献提出了“编码协作分集”的概念, 即采用信道编码技术来获得协作分集增益[2~5], 并取得了一定的成果。本文将对这些成果进行简单介绍与概括, 并提出自己的看法, 探讨进一步研究的方向。

1 系统模型与传输方案

1.1 系统模型

目前基于网络编码的协作分集系统模型主要分为两类: (1) 没有额外的中继节点, 各用户在网络中选取其他用户作为自己的协作者 (partner) 传输信息; (2) 存在额外的中继节点, 利用网络编码同时为各用户向目的节点传输信息。但都是相对简单的模型, 都是两个用户与一个目的节点之间的协作通信。目前已经有学者开始研究多用户与多个目的节点之间的协作通信。

1.2 传输方案

基于网络编码的协作通信与普通的协作通信中的数据传输方案都分为两个阶段。第一阶段, 各用户广播自己的本地信息给协作者和目的节点;第二阶段, 各用户对接收到的信息解码后与自己的本地信息进行网络编码后再向目的端发送。

1.3 性能分析

目前用来衡量协作网络编码技术的好坏主要有三个:分集阶数 (diversity order) 、中断概率 (outage probability) 和分集——复用折衷分析 (diversity—multiplexing tradeoff) 。分集阶数直接反映了分集技术获得的分集增益大小。中断概率[2]是衡量无线通信系统性能的重要度量指标, 分集阶数越高、信噪比越大, 中断概率越小。通过分集—复用折衷可以理解系统提供的空间资源和受到的性能约束。

2 现有问题与研究方向

基于网络编码的协作分集技术一经提出, 就备受关注, 并取得了不少成果, 但也存在着一些尚未解决的问题, 也是进一步研究的方向。

(1) 网络编码方案的设计。虽然网络编码技术除了最简单的异或编码外, 还有其他线性网络编码和非线性编码。但因为基于网络编码的协作分集技术中, 为了克服信道衰落, 需要考虑的因素较多, 分析比较复杂, 所以目前大多采用最简单的异或编码。

(2) 现有MIMO技术与网络编码的结合。由于MIMO技术比较成熟, 有不少提高系统性能的技术。如何将现有MIMO技术与网络编码技术相结合, 获得更好的编码增益和分集增益, 值得进一步研究。

(3) 同步问题。前文提到的多种网络编码协作方案, 都假设系统是能够很好的同步。然而因为无线通信环境的复杂性和协作分集中同一信息是由两个或多个协作者发往目的节点的, 所以各个源节点和中继节点到目的节点的时延不同, 不能保证信息的同步。

(4) 频率选择性信道下的应用。目前的网络编码协作分集方案基本是在慢衰落及快衰落两种平坦衰落信道状况下研究的, 如何结合合适的信道-网络编码及合适的调制解调方案, 对抗频率选择性衰落, 也是有待研究的。目前的信道衰落一般考虑瑞利衰落。

(5) 各种无线通信网络中的应用。最初的网络编码协作分集方案基本都是在最简单的两用户协作通信中应用。如何在更复杂通信网络中应用网络编码协作分集技术, 是下一步的研究课题。可考虑由网络编码协作在Ad-Hoc Peer-to-Peer网络中的应用、多用户网络编码协作通信入手。

3 结语

基于克服无线信道衰落、提高网络吞吐量的考虑, 本文研究了基于网络编码的协作分集技术, 分析了当前各种基于网络编码的协作分集系统模型、传输方案和性能, 并指出存在的问题和下一步可能的研究方向。

摘要：协作分集技术允许多个单天线的移动终端共享彼此的天线, 形成了虚拟的多发射天线以得到分集增益, 克服无线信道衰落。网络编码则能提高系统资源利用率和网络吞吐量, 因此基于网络编码的协作分集则能同时获得分集增益和网络编码增益, 受到越来越多关注。本文对现有的基于网络编码的协作技术进行概括分析, 并提出自己的看法, 探讨进一步研究的方向。

关键词：协作分集,网络编码,中断概率,分集-复用折衷

参考文献

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