无线网络编码调制理论及技术研究

网络编码是进入21世纪后通信领域的重大突破,它将传统意义上分离的网络层和物理层进行联合设计,将网络交换结点的路由交换和编码功能相结合,极大的提高了网络的带宽有效性。本项目的目的就在于保证系统高频谱效率的同时提高系统功率有效性，从而进一步逼近无线网络信道容量。本项目主要侧重研究无线网络编码与信道编码调制联合优化设计的理论及技术,在信息论的基础上探索适合于无线信道的带宽有效的联合网络编码调制技术。本项目的目标是实现"两高两低"，亦即高的带宽效率（带宽有效性）和高的功率效率（功率有效性），以及低的编译码复杂度和低的处理时延，从而降低能耗,节约能源，实现建设"绿色无线通信网络"的愿景。本项目对于提高下一代移动宽带无线通信和卫星通信系统的吞吐量具有基础性的意义。

未来无线通信网络是一个多业务多技术融合的网络，将支持更多的应用场景和业务，对系统的传输速率和传输可靠性提出了很高的要求。具备高频谱效率的新型无线网络编码调制技术，将是实现未来无线通信系统目标的重要手段之一。本项目在信息论的基础上探索适合于无线网络的联合网络编码调制技术，重点研究了网络编码与信道编码调制联合优化设计的理论及技术。针对多址接入中继信道系统，提出了使用网络编码协作的BICM-ID方案，结合差分调制的BICM-ID网络编码方案，LDPC码与乘积码相结合的网络编码方法，叠加码网络编码方案以及多元LDPC网络编码方案。通过对信道编码及网络编码的联合优化设计，提出的新型联合网络编码调制系统，相比目前传统技术方案可以获得显著性能增益，最大性能提升可超过2dB。针对双向中继信道，提出了基于LDPC码的二时隙网络编码方案，相比传统转发方案最大可以获取100%吞吐量性能提升。针对多向中继信道，提出了新型的多级网络编码方案，较于传统路由方案与二进制信号网络编码方案分别可以获取50%和12%的系统吞吐量增益。此外，针对多用户多中继大规模网络场景，提出了联合信道编码的有限域和复数域网络编码方法，可以获得网络分集增益，提升系统的可靠性能。我们完成了用于联合网络编码调制技术的评估和测试的仿真平台，详尽的仿真结果及完善的方案评估结果验证了提出的新型联合网络编码调制系统的显著优势。