分布式網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、寬帶無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的日益普及和用戶數(shù)量的不斷增加。當(dāng)前，越來越多的應(yīng)用需要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠行院涂煽啃蕴岢隽烁叩囊?。?shù)字噴泉編碼技術(shù)是利用時(shí)間資源的信道編碼方法，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)則是利用空間資源提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率的方法。兩者的有機(jī)結(jié)合所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)噴泉碼可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，更充分地利用空時(shí)兩維資源，逼近網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)睦碚摌O限，使網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大化。
　　網(wǎng)絡(luò)噴泉碼是近年來涌現(xiàn)出

2、的新的研究方向，既是數(shù)字噴泉編碼的發(fā)展趨勢(shì)，又是網(wǎng)絡(luò)編碼的一個(gè)重要分支。對(duì)網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的研究已成為數(shù)字噴泉碼和網(wǎng)絡(luò)編碼研究領(lǐng)域的一個(gè)重要趨勢(shì)。本論文對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)方法展開研究，分別從刪除信道和無線信道兩方面研究分布式網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的編譯碼算法、度分布描述方法、性能分析方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等。本論文的主要工作及貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面：
　　1.研究了分布式同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)噴泉碼。首先，對(duì)于含有任意個(gè)信源的分布式同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，提出了一種

3、針對(duì)魯棒孤波分布（Robust Soliton Distribution, RSD）的多重解卷積算法，以得到各信源的度分布，并進(jìn)一步對(duì)該算法進(jìn)行了改進(jìn)。其次，提出了一種適用于分布式同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的一般分布式LT（Distributed Luby Transform, DLT）碼，以及相應(yīng)的信源和中繼節(jié)點(diǎn)編碼算法，并在信道無刪除和有刪除的情況下分別給出了相應(yīng)的中繼編碼算法。最后，分析并推導(dǎo)了一般分布式LT碼的總體度分布函數(shù)，并采用“與或樹”（A

4、nd-Or Tree）分析方法對(duì)其漸近譯碼性能進(jìn)行了分析，為任意個(gè)信源的一般分布式LT碼設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
　　2.研究了具有不等錯(cuò)誤保護(hù)（Unequal Error Protection,UEP）能力的分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)噴泉碼。首先，針對(duì)分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的一般模型，提出了相應(yīng)的分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的編碼方案，并引入了多元度分布函數(shù)的概念。然后，在傳統(tǒng)的“與或樹”分析方法的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了廣義“與或樹”定理，應(yīng)用于分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的譯

5、碼性能分析，提出了描述其漸近性能特性的多元密度演化方程組，為分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。其次，提出了一種適用于分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的兩步優(yōu)化算法，采用線性/非線性規(guī)劃方法，對(duì)信源和中繼的度分布進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。并針對(duì)兩信源網(wǎng)絡(luò)提出了一種改進(jìn)的簡(jiǎn)化算法，進(jìn)一步降低了優(yōu)化的難度和復(fù)雜度。最后，提出了一種基于多參數(shù)控制的UEP碼設(shè)計(jì)方法，擴(kuò)展了UEP碼的應(yīng)用范圍。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的分布式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)噴泉碼不僅具有良好的BER（Bit

6、Error Rate）性能，改善了錯(cuò)誤平底，而且具有不等錯(cuò)誤保護(hù)能力。
　　3.研究了基于乘積型網(wǎng)絡(luò)編碼的無線分布式網(wǎng)絡(luò)噴泉碼。首先，針對(duì)采用BPSK（Binary Phase Shift Keying）調(diào)制的無線分布式網(wǎng)絡(luò)噴泉碼，提出了一種基于乘積型網(wǎng)絡(luò)編碼的中繼節(jié)點(diǎn)編碼模型，并對(duì)其總體輸入/輸出度分布進(jìn)行了分析。其次，對(duì)無線分布式網(wǎng)絡(luò)噴泉碼的譯碼算法和性能分析方法進(jìn)行了研究，分別采用半高斯近似和外信息轉(zhuǎn)移（Extrinsic