網(wǎng)絡(luò)編碼在無(wú)線通信系統(tǒng)物理層中的應(yīng)用

秦 為，安長(zhǎng)江，吳 瀚，盛 浩，趙 月

（青島理工大學(xué)理學(xué)院，青島 266520）

1 引言

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)迅猛發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)信息化程度不斷提高，在這個(gè)大背景之下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于人們生活的影響越來(lái)越大，可以說(shuō)存在于社會(huì)的方方面面。因?yàn)樗褂梅奖?，?shù)據(jù)傳輸?shù)男屎芨?，所以才收到大家的歡迎。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)說(shuō)是非常重要的，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的應(yīng)用使得人們更快的處理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息，而后進(jìn)行傳輸。在一定程度上大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。

2 網(wǎng)絡(luò)編碼

2.1 網(wǎng)絡(luò)編碼概述

網(wǎng)絡(luò)編碼的概念起源于2000年在IEEEEtrans-IT 上發(fā)表的《網(wǎng)絡(luò)信息流》，該文章由Ahlswade 發(fā)表，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)使得傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了革命性的改變，使得以前僅僅作為中間轉(zhuǎn)發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)變得性能更為強(qiáng)大，不僅可以實(shí)現(xiàn)中轉(zhuǎn)，還可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和傳輸網(wǎng)絡(luò)信息。

2.2 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的工作原理及優(yōu)點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及編碼技術(shù)相互的結(jié)合統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，具體就是指在雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)相互傳輸?shù)倪^(guò)程中，需要把數(shù)據(jù)由一個(gè)節(jié)點(diǎn)成功傳輸?shù)牧硗庖粋€(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸過(guò)程中需要一定的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，且數(shù)據(jù)接收方不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的重復(fù)性處理，從而整體提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬；使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平均化；增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

2.3 PNC 理論

物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的重心是基于數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中載波的傳輸和碼元的傳輸同步來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼的，而后再通過(guò)映射機(jī)制，增強(qiáng)在數(shù)據(jù)在中繼節(jié)點(diǎn)接收過(guò)程中電磁波的同時(shí)到達(dá)，而后通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)映射，將電磁波轉(zhuǎn)化映射到網(wǎng)絡(luò)層，形成比特信息流，相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)層對(duì)于信息進(jìn)行編碼。

3 網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)分析

3.1 與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的異同之處

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程主要是通過(guò)路由器，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)地址指向的網(wǎng)絡(luò)鏈路，存在很大的局限性。由于沒(méi)有科學(xué)合理的系統(tǒng)安排，常常造成數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)鏈路傳輸過(guò)程中由于任務(wù)只能夠單向運(yùn)行無(wú)法并行，而導(dǎo)致信息阻塞，傳輸效率極低。但是之后出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)編碼的相關(guān)技術(shù)，使得這一問(wèn)題得以解決。不僅使數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程順暢，而且大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。

3.2 安全系數(shù)更高的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸

在以往的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)包被惡意修改的可能性很大，但是沒(méi)有很好的檢測(cè)技術(shù)來(lái)防止這種情況的發(fā)生，先行辦法只有通過(guò)數(shù)字簽名來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是基于網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，可以生成隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼檢測(cè)方法，可以控制通信開(kāi)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)編碼的復(fù)雜程度，從而提高傳輸?shù)陌踩?/p>

3.3 網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

有限網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在一定程度上是相通的，他們存在著很大的區(qū)別，所以在具體的有限網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中也存在著較大的差異性。而且網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和無(wú)限網(wǎng)絡(luò)的契合度很高，所以在無(wú)線網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)樵跓o(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸過(guò)程中，不僅可以在節(jié)點(diǎn)處存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)鏈路上的信息，還可以于節(jié)點(diǎn)處編碼，以便后續(xù)的傳輸，提高效率。

4 網(wǎng)絡(luò)編碼在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

4.1 網(wǎng)絡(luò)編碼與信道編譯碼的結(jié)合應(yīng)用

聯(lián)合編碼擁有著固有的性能優(yōu)勢(shì)，不僅能量消耗小，而且傳輸通道的容量很大，很大程度上避免了信道噪聲失真的情況。

4.2 網(wǎng)絡(luò)編碼與協(xié)作分集技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

一個(gè)多用戶的環(huán)境需要兩種技術(shù)，一種是網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，另一種是協(xié)作分集技術(shù)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，不同節(jié)點(diǎn)之間可以相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，而且可以中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，大大提升了數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的傳輸效率，并且由于傳輸效率的提升降低了傳輸設(shè)備的折損率。

4.3 網(wǎng)絡(luò)編碼與MIMO 技術(shù)的聯(lián)合

MIMO 技術(shù)在整個(gè)智能天線領(lǐng)域和通信工程領(lǐng)域都有著非常重要的地位。MIMO 技術(shù)不僅使得無(wú)線通信系統(tǒng)的整體性能大大提高，數(shù)據(jù)速率也得以提高。MIMO 技術(shù)不僅僅改善了信號(hào)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中的天線組的空間，并且也在一定程度上成為了提升信號(hào)傳輸質(zhì)量的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)在在當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)編碼越來(lái)越占據(jù)著非常重要的位置，并且，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是數(shù)據(jù)傳輸效率和安全性的基礎(chǔ)保障，在將來(lái)的發(fā)展中有著很大的發(fā)展空間。相比較于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，它將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與物理層的其他相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，使得其可以通過(guò)相關(guān)技術(shù)和程序的相互融合，從而大大提升無(wú)限通訊系統(tǒng)的工作效率。