基于Raptor码的无线体域网高效信道编码技术

Wireless Body Area Network (WBAN) has a variety of applications and is important for improving quality of life and health conditions of the entire people. To guarantee the transmission reliability of biometric data, it is essential to use channel coding technologies in WBAN. Since applied to human body, WBAN has stringent low-power requirements. Therefore, when designing channel coding schemes, we should lower power consumption as much as possible and make a better use of resources. In these areas, there is a lot of space to improve for channel coding technologies in WBAN. This project focuses on the use of Raptor codes in WBAN and researches on high performance and low power channel coding technologies in WBAN in respect of code construction, decoding, unequal error protection, etc. The project will propose code construction method for structured Raptor codes over WBAN channel models, decoding algorithms based on characteristics of receivers, and structure of Raptor codes with unequal error protection properties. The research fruits of this project are expected to lead to more advanced channel coding technologies and improve the overall performance of WBAN, which is important in both theory and practice for WBAN to become more widespread.

无线体域网具有广阔的应用前景，对提高全民生活质量、健康水平具有重要作用。为了保证生物信息传输的可靠性，在无线体域网中使用信道编码技术必不可少。由于用于人体，无线体域网对功耗有严格的要求。因此，在设计信道编码方案时必须尽可能降低功耗，并且更有效地利用资源。在这方面，无线体域网的信道编码技术还有许多值得探索的地方。本项目针对Raptor码在无线体域网中的应用，从码组构造、解码性能以及不等差错保护等方面入手，研究无线体域网中的高性能低功耗信道编码技术。本项目将重点研究无线体域网信道模型下结构化Raptor码的构造方法、根据不同终端特性设计的解码算法以及具有不等差错保护功能的Raptor码结构。研究成果有望在无线体域网中实现更先进的信道编码技术，以提高系统整体性能。这对无线体域网的进一步推广具有重要的理论意义和实用价值。

为了保证信息传输的可靠性，无线体域网必须依赖于信道编码技术，并且基于体域网特性，设计编码方案时需要考虑低功耗、资源优化等多个方面。本项目的研究目标是在无线体域网中实现高性能低功耗的信道编码技术，具体研究内容包括：1）结构化Raptor码的构造方法；2）基于不同终端特性设计的解码算法；3）具有不等差错保护功能的编码方法。针对结构化Raptor码的构造方法，我们完成了以下工作：（1）收集并分析了对性能影响显著的陷阱集；（2）提出基于LDPC-LT陷阱集联合去除的Raptor码构造方法。仿真表明，该方法可以有效提升码组性能。针对基于不同终端特性设计的解码算法，我们完成了以下工作：（1）对于功耗要求苛刻的终端，提出混合修正加权比特翻转解码算法和基于环路消除的混合修正加权比特翻转解码算法；（2）对于功耗要求相对宽松的终端，提出分层归一化最小和解码算法。上述解码算法均可在复杂度与性能之间取得更好的折衷。针对不等差错保护，我们提出基于级联LDPC与极化码的不等差错保护方案，该方法可以有效提高MIB的可靠性。此外，为了进一步提升无线体域网的性能，我们针对体域网的分布式协作通信与资源调度，完成了以下工作： （1）提出基于极化码与基于信源信道联合编码的协作通信方法；（2）提出基于博弈论的无线传感器时间同步方法；（3）提出无线体域网功率及速率自适应调整方法。上述方法可以更有效的降低系统功耗。研究成果发表SCI论文4篇，EI论文2篇，申请发明专利9项。研究成果实现了无线体域网中高性能低功耗的信道编码技术，达到了预期目标。