網(wǎng)絡編碼在無線通信系統(tǒng)物理層中的應用

秦 為，安長江，吳 瀚，盛 浩，趙 月

（青島理工大學理學院，青島 266520）

1 引言

網(wǎng)絡通信技術迅猛發(fā)展，現(xiàn)代社會信息化程度不斷提高，在這個大背景之下，無線網(wǎng)絡對于人們生活的影響越來越大，可以說存在于社會的方方面面。因為它使用方便，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎芨撸圆攀盏酱蠹业臍g迎。網(wǎng)絡編碼技術對于網(wǎng)絡技術來說是非常重要的，網(wǎng)絡編碼技術的應用使得人們更快的處理網(wǎng)絡節(jié)點的信息，而后進行傳輸。在一定程度上大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩瑴p少了網(wǎng)絡資源的浪費。

2 網(wǎng)絡編碼

2.1 網(wǎng)絡編碼概述

網(wǎng)絡編碼的概念起源于2000年在IEEEEtrans-IT 上發(fā)表的《網(wǎng)絡信息流》，該文章由Ahlswade 發(fā)表，網(wǎng)絡編碼技術使得傳統(tǒng)的網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)生了革命性的改變，使得以前僅僅作為中間轉發(fā)器的網(wǎng)絡節(jié)點變得性能更為強大，不僅可以實現(xiàn)中轉，還可以存儲數(shù)據(jù)和傳輸網(wǎng)絡信息。

2.2 網(wǎng)絡編碼技術的工作原理及優(yōu)點

網(wǎng)絡技術以及編碼技術相互的結合統(tǒng)稱為網(wǎng)絡編碼技術，具體就是指在雙方進行數(shù)據(jù)相互傳輸?shù)倪^程中，需要把數(shù)據(jù)由一個節(jié)點成功傳輸?shù)牧硗庖粋€節(jié)點，傳輸過程中需要一定的數(shù)據(jù)處理過程，且數(shù)據(jù)接收方不需要對數(shù)據(jù)進行進一步的重復性處理，從而整體提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省＞W(wǎng)絡編碼的優(yōu)點：節(jié)省網(wǎng)絡帶寬；使網(wǎng)絡負載平均化；增強網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。

2.3 PNC 理論

物理層網(wǎng)絡編碼的重心是基于數(shù)據(jù)傳輸過程中載波的傳輸和碼元的傳輸同步來進行網(wǎng)絡編碼的，而后再通過映射機制，增強在數(shù)據(jù)在中繼節(jié)點接收過程中電磁波的同時到達，而后通過調節(jié)數(shù)據(jù)映射，將電磁波轉化映射到網(wǎng)絡層，形成比特信息流，相當于在網(wǎng)絡層對于信息進行編碼。

3 網(wǎng)絡編碼應用于無線網(wǎng)絡技術的特點分析

3.1 與傳統(tǒng)網(wǎng)絡的異同之處

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過程主要是通過路由器，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡目標地址指向的網(wǎng)絡鏈路，存在很大的局限性。由于沒有科學合理的系統(tǒng)安排，常常造成數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡鏈路傳輸過程中由于任務只能夠單向運行無法并行，而導致信息阻塞，傳輸效率極低。但是之后出現(xiàn)了網(wǎng)絡編碼的相關技術，使得這一問題得以解決。不僅使數(shù)據(jù)傳輸過程順暢，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)絡編碼傳輸

在以往的無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)包被惡意修改的可能性很大，但是沒有很好的檢測技術來防止這種情況的發(fā)生，先行辦法只有通過數(shù)字簽名來實現(xiàn)，但是基于網(wǎng)絡編碼技術的數(shù)據(jù)傳輸過程，可以生成隨機網(wǎng)絡編碼檢測方法，可以控制通信開關，網(wǎng)絡編碼的復雜程度，從而提高傳輸?shù)陌踩?/p>

3.3 網(wǎng)絡編碼技術在無線網(wǎng)絡中應用的優(yōu)勢

有限網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡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)絡技術和無線網(wǎng)絡技術中也存在著較大的差異性。而且網(wǎng)絡編碼技術和無限網(wǎng)絡的契合度很高，所以在無線網(wǎng)中得到了廣泛的應用。因為在無線網(wǎng)絡的傳輸過程中，不僅可以在節(jié)點處存儲和轉發(fā)鏈路上的信息，還可以于節(jié)點處編碼，以便后續(xù)的傳輸，提高效率。

4 網(wǎng)絡編碼在無線網(wǎng)絡的應用

4.1 網(wǎng)絡編碼與信道編譯碼的結合應用

聯(lián)合編碼擁有著固有的性能優(yōu)勢，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)絡編碼與協(xié)作分集技術的結合應用

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

4.3 網(wǎng)絡編碼與MIMO 技術的聯(lián)合

MIMO 技術在整個智能天線領域和通信工程領域都有著非常重要的地位。MIMO 技術不僅使得無線通信系統(tǒng)的整體性能大大提高，數(shù)據(jù)速率也得以提高。MIMO 技術不僅僅改善了信號的無線網(wǎng)絡傳輸過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傳輸質量的基礎。

5 結束語

本文詳細分析了網(wǎng)絡編碼技術在無線網(wǎng)絡領域中應用的優(yōu)勢，可以說在在當下互聯(lián)網(wǎng)絡快速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡編碼越來越占據(jù)著非常重要的位置，并且，網(wǎng)絡編碼技術是數(shù)據(jù)傳輸效率和安全性的基礎保障，在將來的發(fā)展中有著很大的發(fā)展空間。相比較于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡傳輸技術，它將網(wǎng)絡編碼技術與物理層的其他相關技術相結合，使得其可以通過相關技術和程序的相互融合，從而大大提升無限通訊系統(tǒng)的工作效率。