網(wǎng)絡編碼是指在網(wǎng)絡中繼節(jié)點處對網(wǎng)絡信息流進行存儲轉發(fā)的基礎上實行編碼操作,，從而提高網(wǎng)絡吞吐量,，節(jié)省網(wǎng)絡帶寬等。
在無線通信網(wǎng)中,，網(wǎng)絡編碼作為關鍵技術之一,，可以在一定程度上節(jié)省網(wǎng)絡資源消耗，提高頻譜資源利用率,，并在有限的頻譜資源中盡可能多地傳輸數(shù)據(jù),，增加信道的傳輸容量。
同時無線網(wǎng)絡自身一些不同于有線網(wǎng)絡的傳輸特性,，也使網(wǎng)絡編碼帶來了新的效益,，它可以改善網(wǎng)絡性能，結構和協(xié)議,。
目前,，大多數(shù)方案都是基于隨機線性網(wǎng)絡編碼，如何在多徑衰落這種不利條件下,，設計網(wǎng)絡編碼方案,，使其在無線網(wǎng)絡中同樣有效是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。
很多國內(nèi)外學者以及科研機構都致力于對網(wǎng)絡編碼的研究,，從最初的網(wǎng)絡信息流到分別與協(xié)作分集技術,、MIMO技術相結合的現(xiàn)在。
本文通過從物理層角度對無線網(wǎng)絡中網(wǎng)絡編碼與其他應用技術相聯(lián)合進行分析,，如將其與MIMO等相結合,，充分利用冗余度，提高系統(tǒng)吞吐量,，并根據(jù)未來網(wǎng)絡的復雜環(huán)境闡述了其進一步的研究方向,。
1、聯(lián)合網(wǎng)絡編碼
隨著研究的深入,，網(wǎng)絡編碼的很多優(yōu)點也逐漸體現(xiàn)出來,，如能獲得很好的網(wǎng)絡吞吐量，均衡網(wǎng)絡負載,、提升帶寬利用率等優(yōu)勢,。同時在無線網(wǎng)絡中應用網(wǎng)絡編碼也面臨著許多問題，如果將網(wǎng)絡編碼與其它應用技術相結合,，則更能大大提升該應用系統(tǒng)的相關性能,。
1.1網(wǎng)絡編碼與信道編譯碼的聯(lián)合
網(wǎng)絡編碼同信道的編譯碼技術相結合的核心思想就是利用網(wǎng)絡編碼的冗余信息協(xié)助信道編碼，從而獲得好的抗噪性能,，達到最大的信道容量,；
通過利用中繼傳輸?shù)娜哂喽葋慝@得分集增,。基于Turbo碼和LDPC碼的聯(lián)合編碼已經(jīng)被廣泛研究,，并在多址中繼信道,、時分復用雙向中繼信道[和BSC中與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡編碼方案進行了比較，充分顯示了聯(lián)合編碼在能量消耗,、信道容量,、誤碼率等方面的優(yōu)勢，有效降低了編碼復雜度以及由信道噪聲帶來的失真,。
1.2網(wǎng)絡編碼與協(xié)作分集技術的聯(lián)合
協(xié)作分集技術,，即在多用戶環(huán)境下，每個天線用戶在發(fā)送自身信息時也為其協(xié)作伙伴發(fā)送信息,，通過節(jié)點間的協(xié)作,，形成虛擬天線系統(tǒng)，以獲得較大的分集增益,，克服無線信道衰落,。
另外，在協(xié)作分集的基礎上進行網(wǎng)絡編碼可以同時獲得分集增益和網(wǎng)絡編碼增益,。在協(xié)作傳輸過程中,，通過在信源節(jié)點和終端節(jié)點放置中繼可進一步提高數(shù)據(jù)傳輸速率，改善無線通信系統(tǒng)抗衰落性能,，提高資源效率和系統(tǒng)容量,。
協(xié)作網(wǎng)絡編碼是當前無線移動通信系統(tǒng)的研究熱點之一，特別是基于物理層網(wǎng)絡編碼的無線協(xié)作通信系統(tǒng),，對于雙信源,、雙信宿無線通信系統(tǒng)，假設信源SI和S都要將各自的信息廣播到兩個信宿dl和,。
由于發(fā)射功率的限制,，d,將超出S（）的傳輸范圍，S和S,將通過共享的中繼來實現(xiàn)傳輸范圍的擴大,。在傳統(tǒng)協(xié)作中繼系統(tǒng)中由于要保證信號在正交信道上能夠傳輸,，完成這一過程需要4個時隙，而采用無線網(wǎng)絡編碼后僅需要2個時隙,。分別為：
?。?）將信號廣播至和；同時將其信號廣播至R和,；
?。?）R對二者疊加信號進行物理層網(wǎng)絡編碼，并將編碼后的信號廣播至dl和d.由于d,在第1個時隙已經(jīng)接收到St（S）廣播的信息，因此,，在第2個時隙結束時,，d,可以從編碼后的信號中提取到的信息。此方案充分利用了網(wǎng)絡資源和分集技術,，可獲得相對較低的錯誤概率,、中斷概率，以及較高的編碼增益,。
因此，采用物理層網(wǎng)絡編碼的協(xié)作中繼系統(tǒng)可以降低傳輸時間損耗,，使數(shù)據(jù)在衰落信道中更好地傳輸,。
1.3網(wǎng)絡編碼與MIMO技術的聯(lián)合
MIMO技術利用在發(fā)射端和接收端均采用多天線、多通道來獲得高分集增益以改善信道的多徑衰落特性,，以及提高系統(tǒng)容量,、頻譜利用率和數(shù)據(jù)傳輸速率；通常情況下,，多徑要引起衰落,，致使數(shù)據(jù)包丟失。對于MIMO系統(tǒng),，多輸入多輸出技術通過利用空間分集來解決這一問題,。
因為多人多出是針對多徑無線信道來說的，傳輸信息流經(jīng)過空時編碼形成M個信息子流,，filM個天線發(fā)射出去,，經(jīng)空間信道后由N個接收天線接收。在接收端通過檢測譯碼,，將接收到的符號矢量利用空時編碼處理,，并解碼這些數(shù)據(jù)。
這兩種技術的最終目的都是從接收到的符號矢量中恢復出原始信息,，為了能夠充分利用MIMO技術的分集特性和在傳統(tǒng)網(wǎng)絡編碼中并沒有利用到的冗余信息,，將網(wǎng)絡編碼和MIMO技術相結合（MIMO-NC）。
最大程度的將收到的信息傳遞給譯碼器,，降低丟包率,，完成檢測譯碼過程，獲得高信噪比增益,。MIMO-NC方案的編碼過程：由信源發(fā)出的信息,，經(jīng)過信道編碼輸出信息單元，這些由每個節(jié)點生成的信息單元被存入緩存器中,，然后對其進行網(wǎng)絡編碼,，產(chǎn)生編碼包，并用Gabis~號表示，最后經(jīng)過轉換調(diào)制將相應波形通過無線信道傳輸出去,。
譯碼過程：在接收端將收到的數(shù)據(jù)包進行信道估計,，并從其頭部提取出網(wǎng)絡編碼系數(shù)，如果頭部損壞就丟棄,；反之,，則把所有數(shù)據(jù)包存在緩存器中，并更新網(wǎng)絡估計矩陣,。
為了在接收端正確獲得信源的發(fā)送信息,，節(jié)點存儲器中至少要有等量的獨立的原始數(shù)據(jù)包，這樣才能解出編碼方程D:GX,若少于要求數(shù),，則終端正確恢復原始信息的概率會很低,。所以當能夠進行譯碼時，節(jié)點開始檢測接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)目,，同時確定中繼節(jié)點數(shù),，最后通過軟譯碼：案恢復出原始信息。
同樣為了獲得高分集增益,，在編碼階段可以在發(fā)送端采取用兩個網(wǎng)絡編碼器的方法,，這樣就有兩個網(wǎng)絡編碼矩陣G1和G2,頭部存儲編碼系數(shù)，并且編碼相同的信息,。
此時的編碼增益會明顯提高,，但是以傳輸速率的降低為代價，而在譯碼過程中采用自適MIMO-NC技術,，就是為了改善傳輸速率,，降低錯誤概率，但同時復雜度有所增加,。具體的編譯碼流程如圖所示：x…指的是經(jīng)信道編碼后的信息單元,，為每個編碼包的頭部包含的編碼系數(shù)，{bn.b椰}指的是Galois~號所對應的調(diào)制后的矢量s.…Y指的是在不同時間接收端收到的來自不同信源的編碼包,。
在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡編碼中,，每個數(shù)據(jù)包的解調(diào)過程和提取NC系數(shù)過程都是分開進行的，其在譯碼階段僅用來成功地接收數(shù)據(jù)包,，因此限制了從不同節(jié)點接收相同信息的優(yōu)勢,。MIMO_NC會利用已破損的CP,將所有收到的信息傳遞給譯碼器，充分利用冗余信息,，改善其性能,。
2、進一步的研究方向
現(xiàn)在網(wǎng)絡編碼的研究已經(jīng)走向多元化,，實用化,。在LTE-A中通過采用MIMO分集技術，來抑制多徑衰落；改善信道特性,，提高系統(tǒng)性能,。
新一代無線通信網(wǎng)的網(wǎng)絡架構是復雜的、多變的,，其不僅體現(xiàn)在網(wǎng)絡層次,、基本構架方面，也體現(xiàn)在復雜的無線場景,、傳播環(huán)境和混合的無線小區(qū)結構上等,。如何能在這樣的環(huán)境下進一步滿足提高系統(tǒng)的吞吐量、信道容量,，降低誤碼率等要求,，是目前的研究熱點。因此在以后的研究過程中我們可以考慮以下幾方面：
?。?）網(wǎng)絡編碼是一種協(xié)作通信的模式口，與其他技術相結合可以優(yōu)化網(wǎng)絡性能,，在各種無線傳播環(huán)境下,，充分結合多輸人多輸出天線技術，研究對網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)流傳輸?shù)挠绊?。研究基于協(xié)作分集技術的物理層網(wǎng)絡編碼和信道編碼的聯(lián)合設計方案,，以及基于網(wǎng)絡編碼的數(shù)據(jù)傳輸，研究低復雜度,、低時延的網(wǎng)絡編碼算法,。
（2）在實際無線通信網(wǎng)絡中,，信道往往是頻率選擇性衰落的,，這種環(huán)境下MIMO網(wǎng)絡編碼的性能分析也是很值得研究的。除了理論研究MIMO網(wǎng)絡編碼技術外,，還需要考慮實際的場景,，以解決應用過程中遇到的各種問題，如編譯碼復雜度,、延時問題對系統(tǒng)性能的影響問題,，系統(tǒng)效率、編碼效率和魯棒性的提高問題等,。
3,、結語
網(wǎng)絡編碼技術在無線網(wǎng)絡中起到了重要的作用，同時具有很廣闊的應用前景,。由于無線通信網(wǎng)中信道的固有特性,，在物理層進行網(wǎng)絡編碼并結合一些相關的檢測技術、糾錯編碼技術、MIMO技術,，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡編碼方式相比,，能獲得更好的系統(tǒng)性能。本文主要介紹了網(wǎng)絡編碼分別與協(xié)作分集技術和MIMO技術相聯(lián)合的方案及研究進展,，并提出了有待進一步研究的方向,。
