網(wǎng)絡(luò)編碼是指在網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)處對網(wǎng)絡(luò)信息流進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)上實(shí)行編碼操作,，從而提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量,，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬等,。
在無線通信網(wǎng)中,，網(wǎng)絡(luò)編碼作為關(guān)鍵技術(shù)之一，可以在一定程度上節(jié)省網(wǎng)絡(luò)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(shí)無線網(wǎng)絡(luò)自身一些不同于有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性,，也使網(wǎng)絡(luò)編碼帶來了新的效益,，它可以改善網(wǎng)絡(luò)性能，結(jié)構(gòu)和協(xié)議,。
目前,，大多數(shù)方案都是基于隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼，如何在多徑衰落這種不利條件下,，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)編碼方案,，使其在無線網(wǎng)絡(luò)中同樣有效是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。
很多國內(nèi)外學(xué)者以及科研機(jī)構(gòu)都致力于對網(wǎng)絡(luò)編碼的研究,，從最初的網(wǎng)絡(luò)信息流到分別與協(xié)作分集技術(shù),、MIMO技術(shù)相結(jié)合的現(xiàn)在。
本文通過從物理層角度對無線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼與其他應(yīng)用技術(shù)相聯(lián)合進(jìn)行分析,，如將其與MIMO等相結(jié)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(luò)的復(fù)雜環(huán)境闡述了其進(jìn)一步的研究方向,。
1、聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼
隨著研究的深入,，網(wǎng)絡(luò)編碼的很多優(yōu)點(diǎn)也逐漸體現(xiàn)出來,，如能獲得很好的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,、提升帶寬利用率等優(yōu)勢,。同時(shí)在無線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼也面臨著許多問題，如果將網(wǎng)絡(luò)編碼與其它應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合,，則更能大大提升該應(yīng)用系統(tǒng)的相關(guān)性能,。
1.1網(wǎng)絡(luò)編碼與信道編譯碼的聯(lián)合
網(wǎng)絡(luò)編碼同信道的編譯碼技術(shù)相結(jié)合的核心思想就是利用網(wǎng)絡(luò)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(dá)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(shí)分復(fù)用雙向中繼信道[和BSC中與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼方案進(jìn)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(fù)雜度以及由信道噪聲帶來的失真,。
1.2網(wǎng)絡(luò)編碼與協(xié)作分集技術(shù)的聯(lián)合
協(xié)作分集技術(shù)，即在多用戶環(huán)境下,，每個(gè)天線用戶在發(fā)送自身信息時(shí)也為其協(xié)作伙伴發(fā)送信息,，通過節(jié)點(diǎn)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(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼可以同時(shí)獲得分集增益和網(wǎng)絡(luò)編碼增益,。在協(xié)作傳輸過程中,，通過在信源節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)放置中繼可進(jìn)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(luò)編碼是當(dāng)前無線移動通信系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一,，特別是基于物理層網(wǎng)絡(luò)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(shè)信源SI和S都要將各自的信息廣播到兩個(gè)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(shí)現(xiàn)傳輸范圍的擴(kuò)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(gè)時(shí)隙,，而采用無線網(wǎng)絡(luò)編碼后僅需要2個(gè)時(shí)隙,。分別為：
(1)將信號廣播至和;同時(shí)將其信號廣播至R和;
(2)R對二者疊加信號進(jìn)行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼，并將編碼后的信號廣播至dl和d,。由于d，在第1個(gè)時(shí)隙已經(jīng)接收到St(S)廣播的信息,，因此,，在第2個(gè)時(shí)隙結(jié)束時(shí)，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(luò)資源和分集技術(shù)，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(luò)編碼的協(xié)作中繼系統(tǒng)可以降低傳輸時(shí)間損耗,，使數(shù)據(jù)在衰落信道中更好地傳輸,。
1.3網(wǎng)絡(luò)編碼與MIMO技術(shù)的聯(lián)合
MIMO技術(shù)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(shù)通過利用空間分集來解決這一問題,。
因?yàn)槎嗳硕喑鍪轻槍Χ鄰綗o線信道來說的,，傳輸信息流經(jīng)過空時(shí)編碼形成M個(gè)信息子流,，filM個(gè)天線發(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由N個(gè)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(shí)編碼處理，并解碼這些數(shù)據(jù),。
這兩種技術(shù)的最終目的都是從接收到的符號矢量中恢復(fù)出原始信息,，為了能夠充分利用MIMO技術(shù)的分集特性和在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼中并沒有利用到的冗余信息，將網(wǎng)絡(luò)編碼和MIMO技術(shù)相結(jié)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(gè)節(jié)點(diǎn)生成的信息單元被存入緩存器中,，然后對其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，產(chǎn)生編碼包,，并用Gabis~號表示,，最后經(jīng)過轉(zhuǎn)換調(diào)制將相應(yīng)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(jìn)行信道估計(jì),，并從其頭部提取出網(wǎng)絡(luò)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(luò)估計(jì)矩陣。
為了在接收端正確獲得信源的發(fā)送信息，節(jié)點(diǎn)存儲器中至少要有等量的獨(dú)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(fù)原始信息的概率會很低,。所以當(dāng)能夠進(jìn)行譯碼時(shí),，節(jié)點(diǎn)開始檢測接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)目,，同時(shí)確定中繼節(jié)點(diǎn)數(shù),，最后通過軟譯碼：案恢復(fù)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(gè)網(wǎng)絡(luò)編碼器的方法,，這樣就有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(shí)的編碼增益會明顯提高，但是以傳輸速率的降低為代價(jià),，而在譯碼過程中采用自適MIMO-NC技術(shù),，就是為了改善傳輸速率，降低錯誤概率,，但同時(shí)復(fù)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(gè)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(yīng)的調(diào)制后的矢量s,。…Y指的是在不同時(shí)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(luò)編碼中,，每個(gè)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)一步的研究方向
現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)編碼的研究已經(jīng)走向多元化,，實(shí)用化,。在LTE—A中通過采用MIMO分集技術(shù)，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(luò)架構(gòu)是復(fù)雜的,、多變的，其不僅體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層次,、基本構(gòu)架方面,，也體現(xiàn)在復(fù)雜的無線場景、傳播環(huán)境和混合的無線小區(qū)結(jié)構(gòu)上等,。如何能在這樣的環(huán)境下進(jìn)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(diǎn),。因此在以后的研究過程中我們可以考慮以下幾方面：
(1)網(wǎng)絡(luò)編碼是一種協(xié)作通信的模式口，與其他技術(shù)相結(jié)合可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能,，在各種無線傳播環(huán)境下,，充分結(jié)合多輸人多輸出天線技術(shù)，研究對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流傳輸?shù)挠绊?。研究基于協(xié)作分集技術(shù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼和信道編碼的聯(lián)合設(shè)計(jì)方案,，以及基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸，研究低復(fù)雜度,、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)編碼算法,。
(2)在實(shí)際無線通信網(wǎng)絡(luò)中，信道往往是頻率選擇性衰落的,，這種環(huán)境下MIMO網(wǎng)絡(luò)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(luò)編碼技術(shù)外，還需要考慮實(shí)際的場景,，以解決應(yīng)用過程中遇到的各種問題,，如編譯碼復(fù)雜度、延時(shí)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(jié)語
網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)中起到了重要的作用,，同時(shí)具有很廣闊的應(yīng)用前景。由于無線通信網(wǎng)中信道的固有特性,，在物理層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼并結(jié)合一些相關(guān)的檢測技術(shù),、糾錯編碼技術(shù)、MIMO技術(shù),，與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)編碼分別與協(xié)作分集技術(shù)和MIMO技術(shù)相聯(lián)合的方案及研究進(jìn)展,，并提出了有待進(jìn)一步研究的方向,。