網絡編碼在無線通信系統物理層中的應用

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

網絡通信技術迅猛發展，現代社會信息化程度不斷提高，在這個大背景之下，無線網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，數據傳輸的效率很高，所以才收到大家的歡迎。網絡編碼技術對于網絡技術來說是非常重要的，網絡編碼技術的應用使得人們更快的處理網絡節點的信息，而后進行傳輸。在一定程度上大大提高了數據傳輸的效率，減少了網絡資源的浪費。

2 網絡編碼

2.1 網絡編碼概述

網絡編碼的概念起源于2000年在IEEEEtrans-IT 上發表的《網絡信息流》，該文章由Ahlswade 發表，網絡編碼技術使得傳統的網絡節點發生了革命性的改變，使得以前僅僅作為中間轉發器的網絡節點變得性能更為強大，不僅可以實現中轉，還可以存儲數據和傳輸網絡信息。

2.2 網絡編碼技術的工作原理及優點

網絡技術以及編碼技術相互的結合統稱為網絡編碼技術，具體就是指在雙方進行數據相互傳輸的過程中，需要把數據由一個節點成功傳輸的另外一個節點，傳輸過程中需要一定的數據處理過程，且數據接收方不需要對數據進行進一步的重復性處理，從而整體提升數據傳輸的效率。網絡編碼的優點：節省網絡帶寬；使網絡負載平均化；增強網絡的穩定性。

2.3 PNC 理論

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

3 網絡編碼應用于無線網絡技術的特點分析

3.1 與傳統網絡的異同之處

傳統的數據傳輸過程主要是通過路由器，將數據包發送到網絡目標地址指向的網絡鏈路，存在很大的局限性。由于沒有科學合理的系統安排，常常造成數據在網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。但是之后出現了網絡編碼的相關技術，使得這一問題得以解決。不僅使數據傳輸過程順暢，而且大大提高了數據傳輸速度。

3.2 安全系數更高的網絡編碼傳輸

在以往的無線網絡數據傳輸中，數據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生，先行辦法只有通過數字簽名來實現，但是基于網絡編碼技術的數據傳輸過程，可以生成隨機網絡編碼檢測方法，可以控制通信開關，網絡編碼的復雜程度，從而提高傳輸的安全。

3.3 網絡編碼技術在無線網絡中應用的優勢

有限網絡和無線網絡在一定程度上是相通的，他們存在著很大的區別，所以在具體的有限網絡技術和無線網絡技術中也存在著較大的差異性。而且網絡編碼技術和無限網絡的契合度很高，所以在無線網中得到了廣泛的應用。因為在無線網絡的傳輸過程中，不僅可以在節點處存儲和轉發鏈路上的信息，還可以于節點處編碼，以便后續的傳輸，提高效率。

4 網絡編碼在無線網絡的應用

4.1 網絡編碼與信道編譯碼的結合應用

聯合編碼擁有著固有的性能優勢，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 網絡編碼與協作分集技術的結合應用

一個多用戶的環境需要兩種技術，一種是網絡編碼技術，另一種是協作分集技術。在數據傳輸過程中，不同節點之間可以相互協作，實現信息傳輸，而且可以中繼節點的數據傳輸，大大提升了數據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 網絡編碼與MIMO 技術的聯合

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的整體性能大大提高，數據速率也得以提高。MIMO 技術不僅僅改善了信號的無線網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

本文詳細分析了網絡編碼技術在無線網絡領域中應用的優勢，可以說在在當下互聯網絡快速發展的今天，網絡編碼越來越占據著非常重要的位置，并且，網絡編碼技術是數據傳輸效率和安全性的基礎保障，在將來的發展中有著很大的發展空間。相比較于傳統的網絡傳輸技術，它將網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的工作效率。