无线网络中联合动态空谱调节的自适应网络编码传输研究

Multiple service type and large amounts of data become the significant features for the data transmission in wireless network currently. How to make full utilize of the limited spectrum resources to transmit the data with multiple quality of service（QoS） has become a key issue and challenge. Network coding, a major breakthrough in information processing and theoretical research on communication networks, providing an efficient method to full use of spectrum resources and improve network throughput. To overcome the shortage of network coding in wireless network and fit different QoS of users, this project sets how to use spectrum resources legitimately as the main line and using the advantage of massive MIMO, to make the research on cross-layer transmission design by combining dynamic spacial spectrum adjustment and adaptive network coding. The main research includes: 1) Adaptive network coding design to fit the multiple users QoS ;2) The research of cross-layer scheduling design based on the combining of the dynamic allocation of spacial spectrum and adaptive network coding.3) Design the cross-layer scheduling based on the limited signaling interaction to fit the multiple users QoS under lower overhead. In summary, the network coding makes the joint optimization designs with the technology with high spectrum utilization in the physical layer to achieve efficient spectrum utilization in data transmission.

服务类型多、数据量大成为当前无线网络数据传输的显著特点。如何充分利用有限的频谱资源，传输具有不同服务质量（QoS）的数据，从而提高网络性能便成为关键问题和挑战。网络编码作为通信网络中信息处理和传输理论研究上的重大突破，提供了一种有效利用频谱资源的手段。本项目以高效利用频谱资源为主线， 针对网络编码在无线网络中存在的问题以及用户差异化的QoS需求，利用大规模MIMO对空谱高效利用的优势，展开联合动态空谱调节与自适应网络编码的跨层设计传输研究。其研究内容主要包括： 1）针对无线网络中用户不同QoS需求，设计相应的自适应网络编码方案；2）联合动态空谱调节与自适应网络编码的跨层设计调度算法研究；3）基于有限信令交互的跨层调度策略设计，从而在低信令开销下满足用户差异化的QoS需求。综上，网络编码通过与物理层频谱高效利用的技术进行联合优化设计，实现无线网络中频谱高效利用的数据传输。

随着当今我国5G网络的飞速发展，各种蜂窝网络、无线局域网、以及其所组成的无线异构网络承担着人们生活和工作中大量数据传输的任务。在这些无线网络中，由于各种服务应用，特别是数据量大且延时要求高的视频资源（视频电话、IP电视）通过无线方式进行大量传播，给无线网络带来了前所未有的带宽压力。而不同类型的数据在无线网络中的传播也使得用户的服务质量越发多样化。因此，本项目研究了如何充分利用无线网络中的频谱资源和网络编码的优势，从而提高无线网络的数据传输速率、提升网络整体服务水平。据此，本项目以无线网络中高效利用频谱资源为主线， 针对网络编码在无线网络传输中存在的问题以及用户差异化的QoS需求，结合大规模MIMO频谱高效利用的优势，展开联合动态空谱资源调节与自适应网络编码的跨层设计传输研究，从而达到高谱效率数据传输的目的。其研究内容主要包括：（1）针对无线网络中用户不同服务质量需求，设计相应的自适应网络编码方案；（2）联合动态空谱调节与自适应网络编码的跨层设计调度算法研究；（3）基于有限信令交互的跨层设计方案研究，从而在低信令开销下满足用户QoS需求，达到频谱高效利用的目的。在项目执行期间，本人以第一作者在SCI二区期刊IEEE Transactions on Communications上发表了论文两篇，分别研究了如何利用大规模MIMO天线与网络编码进行结合，以及如何将5G中的D2D技术与网络编码进行联合优化。此外，在EI会议论文上发表了论文5篇，就网络编码与无人机通信结合，移动网络下的网络编码设计等工作进行了研究。在专利申请方面，申请和授权了网络编码与智能系统方面的专利共计4篇。在科研奖励方面，获得了中国通信协会科技进步三等奖（第二完成人），2019年陕西高等学校科学技术一等奖（第二完成人）。通过仿真对比，项目所所设计的基于大规模MIMO的网络编码算法教传统网络编码传输算法相比，提升了大约25%的性能。该研究在提升5G网络速率，尤其是提升无线视频传输质量方面具有重要的意义。