基于机会式网络编码的多用户信息交换

在两对用户通过一个公共中继节点的协作进行数据交换的无线通信环境下,该文研究了基于机会式网络编码的中继策略,即中继节点可以转发编码的分组,也可以转发未编码的分组的中继策略,说明了该中继策略与传统的复制重传中继策略相比能极大的减少系统功率消耗。传统的中继策略几乎必然导致分组的递交时延,而在机会式网络编码的中继策略下,中继节点为提高能量使用效率也可能导致某些分组递交时延增加。通过建立一个马氏链,该文刻画了在机会式网络编码的中继策略下每个分组的平均时延和平均功率消耗。仿真结果说明平均时延和平均功率消耗之间存在着某种折衷关系。对于缓冲区大小为1的情形,该文给出了这种折衷关系。      

一种新的编码协作中继选择策略性能仿真

针对多用户的编码协作通信网络,给出了增量中继和机会中继结合起来的增量最佳编码协作中继选择策略并对其进行了计算机仿真。结果表明,与其它编码协作节点选择方法相比,该策略在取得机会中继中断概率性能的基础上,进一步节省了信道资源,提高了系统有效信息速率。     

联合网络编码和中继选择的协作传输方案及其性能分析

研究了Nakagami信道中联合网络编码和双向协作中继选择的中断与平均误码率的性能,基于3个时隙的网络编码方案提出了一种最小化较差用户误码率的协作中继选择策略。在Nakagami信道下,从双向通信的角度,通过理论分析得出其中断概率和平均误码率的解析式和渐近式,同时推导了无协作中继选择时网络编码的中断概率和平均误码率解析式。通过理论分析发现,当Nakagami信道衰落参数降低时,联合网络编码的协作中继选择方案相对于无协作中继选择时的性能增益将逐渐升高。数值仿真实验结果表明,所提策略的平均误码率性能要显著高于无协作中继选择时的网络编码性能。     

物理层网络编码机会中继及中断性能分析

该文研究了频率非选择性瑞利衰落信道中的物理层网络编码系统容量问题。基于放大转发机制提出了一种基于最大最小互信息准则的机会中继策略。在瑞利衰落信道环境下,从双向通信的角度,通过理论分析得出其中断概率解析式,同时推导了理想物理层网络编码和传统直接传输系统的中断概率解析式。通过理论分析,发现在某些节点发射功率条件下,系统中断概率将完全取决于单向链路。在此基础上完成了数值仿真实验,结果表明所提策略的中断性能与理想物理层网络编码和传统直接传输相比有了显著的提高。     

新型机会中继编码协作:源自适应传输校验信息

在多中继协作网络中,机会中继编码协作已然成为一种高效且被广泛研究的协作策略,然而现有工作存在着资源浪费或者系统复杂度高的问题。为此,针对如何在资源利用率与系统复杂度之间获得良好折中的问题,该文提出一种新型的机会中继编码协作策略,在不增加额外开销的情况下,使源节点能够自适应地向目的节点发送校验信息。并在Nakagami信道模型下,给出了系统中断概率的解析表达和误比特率上界的闭式表达。仿真结果表明,与已有机会中继编码协作策略相比,在获得性能提升的同时,所提策略对系统复杂度和资源利用率均有所改善。     

基于冗余前置的机会编码协同中继策略

对于多节点的协同网络,机会编码协同总是选择最佳中继参与协同,能够取得优越的中断概率性能。为了进一步提高中断概率性能,提出了基于冗余前置的机会编码协同中继策略,并对其在瑞利平坦慢衰落信道条件下的中断概率性能进行了计算机仿真。结果表明,所提策略的中断概率性能明显优于机会编码协同中继策略,若所要求的中断概率为10-3,当潜在协同中继数目为7,协同等级为0.5,目标信息速率为1 bit/s/Hz的条件下,所提策略较机会编码协同中继策略可以获得1.9 dB的信噪比增益。     

物理层网络编码分组的机会中继

为提升物理层网络编码方案的抗衰落性能,该文提出了一种基于物理层网络编码的机会中继方案(Opportunistic Relaying based-on Physical-layer Network Coding,PNC-OR),该方案利用物理层网络编码的基本思想、有效提升网络吞吐的同时,通过中继节点的分布式选择,也能够使系统获得多用户分集增益,提高了系统的抗衰落性能。针对双向无线中继信道中端到端信息交换的情形,推导了准静态衰落环境下PNC-OR中多个目的节点接收信息的和容量。数值结果显示：和机会中继、传统网络编码两种方案相比,PNC-OR具有更高的频谱效率,并且随着中继节点的增多,频谱效率也越高。     

一种基于自适应网络卷积编码的协作中继方法

在无线衰落信道环境中,协作中继是一种增加额外分集增益的有效方法,而网络编码可以用来提高网络吞吐量。网络编码采用XOR(异或)来混合两个源端的信息包,其稳健性差并且每个中继只能服务两个源端。该文提出一种自适应网络卷积编码协作中继方法,在中继端采用卷积编码方法代替XOR来混合两个或多个源端的信息包,混合后的信息可以看作是卷积编码器的一路输出,然后将其转发给目的端。当信道处于深度衰落时,该文提出了一种宽松自适应网络卷积编码协作中继方法,放松了中继参与转发的条件。该文提出的中继方法稳健性好,可以自适应匹配变化的无线网络拓扑结构,并且减少了网络编码协作中继方法所需要的中继个数。理论分析和仿真结果表明所提出的中继方法相比网络编码协作中继方法在性能上有大幅提高,尤其是随着协作节点数目增加,可保证系统获得稳定的额外满分集增益。     

基于网络编码的系统中断性能分析

在无线通信中,信道的衰落会降低信号传输的可靠性,影响通信质量。协同分集技术作为一种对抗衰落的有效手段,能提高无线通信性能,已经得到了广泛的研究和应用。为了更有效地利用信道资源,本文提出了基于机会式网络编码的协同机制。在两个节点A和B与一个中继节点R相互协同向基站D发送数据的仿真场景下,研究非协同通信机制、传统协同通信机制和机会式网络编码的协同通信机制下的系统中断概率。理论分析和系统仿真表明,当节点A与B之间的链路以及节点A,B到中继R的链路存在衰落的情况下,机会式网络编码的协同策略具有较好的性能。      

基于网络编码的Ⅲ型HARQ无线广播跨层设计

为提高无线广播效率,该文设计一种基于网络编码的Ⅲ型混合自动重传请求(HARQ)机制,同时为执行网络编码重传,提出一种异或型联合策略。其主要思想是通过网络编码(NC),使重传数据包能服务于尽量多的用户,并且每个用户能获得丢失包的软信息,以实施联合网络-信道译码。文章进一步利用机会中继的思想,将所提NC-HARQ Ⅲ型机制扩展到中继广播系统。数值分析和仿真表明,NC-HARQ Ⅲ型机制能显著降低广播系统的平均传输次数,与I型HARQ和NC-HARQ Ⅰ型机制相比,其性能增益应归功于网络编码的潜在优势和联合网络-信道译码技术带来的较低的误包率。     

Using network coding to achieve the capacity of deterministic relay networks with relay messages

In this paper, we derive the capacity of the deterministic relay networks with relay messages. We consider a network that consists of five nodes, four of which can only communicate via the fifth one. However, the fifth node is not merely a relay as it may exchange private messages with the other network nodes. First, we develop an upper bound on the capacity region based on the notion of a single‐sided genie. In the course of the achievability proof, we also derive the deterministic capacity of a four‐user relay network (without private messages at the relay). The capacity achieving schemes use a combination of two network coding techniques: the simple ordering scheme and detour scheme. In the simple ordering scheme, we order the transmitted bits at each user such that the bi‐directional messages will be received at the same channel level at the relay, while the basic idea behind the detour scheme is that some parts of the message follow an indirect paths to their respective destinations. This paper, therefore, serves to show that user cooperation and network coding can enhance throughput, even when the users are not directly connected to each other. Finally, we make a conjecture about the capacity region of the general K‐node relay network with relay messages. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

A minimum mean-squared error relay for the two-way relay channel with network coding

In this letter, we consider the two-way relay channel (TWRC) employing network coding. In TWRC, a conventional relay first decodes symbols from each user and combines (network coding) them using, for example, the XOR (eXclusive OR) operation. However, it may be suboptimal for the relay to use this concatenated approach, when the channels are noisy and the cost criterion is source distortion. Instead, we propose a new relay scheme that generates network coded symbols by performing symbol estimation and network coding operation jointly, in order to minimize the source distortion at the users.     

Uniquely decodable codes for deterministic relay channels

The deterministic relay channel is analyzed and explicit code constructions for all binary and all ternary/binary channels are given. An explicit set of equivalence conditions is used to make a classification of all such relay channels, for which also the capacity is evaluated. The coding problem is then reduced to finding all possible output sequences of a certain finite-state channel determined by the relay coding strategy. The channel states correspond to the possible relay memory contents. For some relay channels capacity is reached by using simple uniquely decodable codes, thus establishing the zero-error capacity of those channels with finite-memory relay strategies. For other relay channels the relay memory must be arbitrarily large to achieve zero-error rates arbitrarily close to capacity. One such code construction is given. It is not known whether there exist relay channels for which the zero-error capacity is strictly smaller than the average-error capacity. The code construction problem for the semideterministic relay channel and for the nonsynchronized relay channel is briefly considered     

Zero-forcing dirty paper coding aided physical-layer network coding for MIMO two-way relaying channels with multiple users

This article considers the two-way multiple-input multiple-output (MIMO) relaying channels with multiple users, in which multiple users are served simultaneously by the base station (BS) with the assistance of the relay. The transmission consists of only two phases, doubling the system throughout over traditional one-way half-duplex transmission. A zero-forcing dirty paper coding (ZFDPC) aided physical-layer network coding (PNC) scheme is proposed in this article and the achievable capacity of the ZFDPC aided PNC scheme is derived. Simulation results show that the proposed scheme outperforms the previous decode-and-forward (DF) and zero-forcing beamforming (ZFBF) aided PNC scheme due to more degrees of freedoms and the advantage of PNC. Moreover, we analyze the effect of the imperfect channel state information (CSI) from RS to users at BS side to show the robustness of the proposed ZFDPC aided PNC scheme.     

Optimal coding strategies for certain permuting channels

We give optimal coding strategies for nonprobabilistic permuting (especially, "trapdoor") channels and also for a permuting relay channel. Our results open the door to a coding theory for nonprobabilistic (or deterministic) channels with memory.     

基于双路单中继信道的网络-信道联合编码

在大型无线网络中,两用户节点进行信息交互,其间存在两个并行的中继节点但无直通链路。本文针对这一模型提出了一种网络-信道联合编码方案,具体方法是:在所有节点进行卷积编码,中继节点处还使用了网络编码,两用户同时接收到两路中继编码信息,从中减去本地信息后即构成分布式Turbo编码,用户端可通过迭代译码来获得对端信息。针对不同的应用环境,本文又给出了两种相关演变方案,并加以比较。仿真结果表明:与网络编码、信道编码单独设计的两种相关方案相比较,网络-信道联合编译码方案能获得更好的误帧率(PER)性能。     

无线多址接入网络编码中继的信道分配算法

无线多址接入中继网络中,用户可选择是否接入中继,同时中继也可选择所服务的用户。在中继处应用网络编码技术可使单个中继同时服务于2个用户共享同一时频资源进行无干扰信息传输。基站采用联合检测方法恢复原始信息,从而得到传输速率的提升。针对多用户多中继场景,为了进一步提升系统的吞吐量,需要为用户选择合适的中继协助其传输,考虑到多址网络编码中继的中继选择问题是一个复杂的优化问题,为了降低其求解复杂度,分别采用基于贪婪准则和考虑用户公平性的信道分配算法进行求解。仿真结果表明,所提信道分配算法相比于随机信道分配可获得较大的性能增益,并且基于贪婪准则的算法性能优于考虑用户公平性的算法。     

一种基于补偿校正的网络编码和信道编码联合设计

将信道编译码中性能较优的LDPC码运用到网络编码和信道编码联合设计,提出一种接收端补偿校正的网络编码和信道编码联合设计方案,该方案在中继节点进行解调和译码后硬判决,以降低中继节点处理数据的复杂性,然后进行网络编码而不考虑编码数据中存在的误码,通过接收节点对中继硬判决信息的错误概率进行补偿和校正来获取最大似然接收。仿真实验表明,提出的网络编码和信道编码联合设计方案不但降低了中继节点处理数据的复杂性,同时提高了传输系统的可靠性。     

空间双向中继多元调制编码系统及设计方法

针对空间网络信息交换速率和容量要求越来越高的问题,提出了采用多元调制编码的物理层网络编码有效提高双向中继无线网络信息交换速率的方案。该方案中2个用户使用完全相同的多元非规则重复累积（IRA）调制编码,从而使中继节点可以直接从叠加信号中恢复网络编码信息。通过EXIT分析方法,得到了双向中继信道下度分布优化的多元IRA调制编码。仿真结果表明,所提方案相对传统时分多路方案而言可以将信息交换时间缩短约48%。