Physical Layer Network Coding
与有线网络相比，无线网络的主要区别特征是其广播性质，其中由节点发送的信号可以到达若干其他节点，并且节点可以同时从若干其他节点接收信号。在当今的大多数无线网络中，该特征更多地被视为引起干扰的滋扰（例如，IEEE 802.11）。本文表明，网络编码的概念可以应用在物理层，把无线自组织网络的广播属性到一个容量提升的优势。具体来说，我们提出了一个物理层网络编码（PNC）计划，以协调节点之间的传输。与直接的网络编码（在数字比特流被接收后对它们执行编码算法）相比，PNC利用同时到达的电磁波（EM）的加性进行等效编码操作。在多跳网络中，与传统传输和直接网络编码相比，PNC可以分别实现100%和50%的吞吐量增加。更具体地，PNC的信息理论容量几乎是传统传输在实际感兴趣的SNR区域（高于0dB）中的两倍。我们相信这是第一篇在物理层冒险研究基于EM波的网络编码的论文，并展示了其提高网络容量的潜力。
2007-04-19 cs.IT math.IT
Random Access with Physical-layer Network Coding
利用物理层网络编码的最新进展，我们提出了一种新的随机访问方法：当数据包发生冲突时，可以在接收器处恢复数据包的线性组合。在多轮传输中，接收机可以获得许多线性组合，并最终恢复所有原始数据包。这与时隙ALOHA形成对比，时隙ALOHA中分组冲突导致完全擦除。所提出的策略的吞吐量的推导和证明是显着优于最知名的策略，包括多包接收。
2012-12-23 cs.IT math.IT
Noncoherent LDPC-Coded Physical-Layer Network Coding using Multitone FSK
提出了一种非相干双向中继系统，该系统采用物理层网络编码，在衰落信道中比传统中继系统提高了吞吐量。使用多音频移键控（FSK）实现节能非相干操作。一种新的软输出解调器的中继，并找到相应的可实现的交换率瑞利衰落和AWGN信道。比特-出错率性能接近可实现的速率实现使用容量接近信道码和接收机架构，迭代之间的解调和信道解码。执行迭代解码，将信息从信道解码器反馈到解调器。此外，通过对LDPC码的优化，使系统的误码性能更接近于可达到的速率。通过增加调制阶数获得的能量效率改进对于所提出的物理层网络编码方案比对于常规点对点系统更显著。使用优化的LDPC码，比特-出错率性能比广泛已知的标准化LDPC码提高多达1.1dB，并且达到对应于可实现速率的极限的0.7dB以内。在整个工作中，物理层网络编码的性能相比，传统的网络编码。当使用非相干FSK时，物理层网络编码能够实现更高的可实现速率，并且传统网络编码在低速率下表现出更好的能量效率。
2018-01-31 cs.IT math.IT
Secure physical layer network coding versus secure network coding
本文对比安全网络编码与安全物理层网络编码，通过若干含噪声网络示例说明后者无需先纠错再编码，可取得安全传输优势。
2018-12-01 cs.CR cs.IT math.IT
Joint Source-Channel Coding at the Application Layer for Parallel Gaussian Sources
本文研究了独立并行高斯信源在二进制删除广播信道上的多播问题。多分辨率嵌入量化器和分层联合信源-信道编码方案的使用，以同时服务于多个用户在不同的信道容量。率失真函数的凸性质，通过反向注水计算，使我们能够解决相应的凸优化问题，对应于不同的性能标准。然后，分层联合信源信道编码的基础上级联的嵌入式标量量化器与二进制无比率编码器的构造。
2009-01-16 cs.IT math.IT
Broadcast Approach Meets Network Coding for Data Streaming
对于数据流应用，现有的解决方案还不能缩小高数据率和低延迟之间的差距。本文研究了具有延迟反馈的单通道混合延迟约束下的数据流问题。提出了一种新的分层自适应因果随机线性网络编码（LAC-RLNC）方法。LAC-RLNC是变量到变量编码方案，即，提出了在可变短块长度和速率上在接收机处的可变恢复信息数据。具体而言，对于具有内容的基础层和增强层的数据流，我们表征了由自适应因果分层编码方案管理的高维吞吐量-延迟权衡。基础层被设计为满足严格的延迟约束，因为它包含允许流服务所需的数据。然后，发送方可以通过调整重传率的先验和后验的增强层，其中包含剩余的数据，以增加流媒体服务的质量，是与放松的延迟约束的第二层的吞吐量延迟的权衡管理。我们数值计算表明，分层网络编码方法可以显着提高性能。我们表明，LAC-RLNC与非分层的方法相比，增益的平均值和最大延迟的基础层，接近下限的三个因素，和因子2的增强层。
2022-02-07 cs.IT math.IT
Achievable Rate Derivations and Further Simulation Results for "Physical-Layer Multicasting by Stochastic Transmit Beamforming and Alamouti Space-Time Coding"
这是主手稿“物理层多播随机传输波束成形和Alamandro空时编码”的配套技术报告。该报告提供了详细的推导过程中遇到的主要手稿，这是太长，被列入后者的可实现率函数。此外，更多的模拟结果来验证的可行性的多播方案中开发的主要手稿。
2013-05-07 cs.IT math.IT
Secure Analog Network Coding in Layered Networks
我们考虑一类高斯分层网络，其中源与目的地通过$L$中间中继层与$N$节点在每一层中的存在下，一个单一的窃听者，可以偷听在任何一层中的节点的传输。考虑了在有向链路的分层无线中继网络中，采用模拟网络编码进行单播通信时，可获得的最大保密率问题。执行模拟网络编码的中继节点缩放并转发在其输入处接收的信号。这项工作的关键贡献是一个引理，提供了一组全局最优的缩放因子的节点，最大限度地提高了端到端的保密率的一类分层网络。我们还表明，在高信噪比制度，ANC实现保密率在一个恒定的间隙的割集上界的保密能力。据我们所知，这项工作提供了第一个表征的安全ANC在多层网络中的窃听者的存在下的性能。
2016-07-15 cs.IT math.IT
Practical Full Duplex Physical Layer Network Coding
我们提出了一个实用的网络代码的无线双向中继信道中的所有节点在全双工（FD）模式进行通信。物理层网络编码（PNC）操作与FD操作节点一起应用，将传输时间减少到单个时隙，因此与经典PNC系统相比，频谱效率加倍。在我们的系统模型中，二进制相移键控调制信号在瑞利衰落信道上传输。在非理想自干扰消除的情况下，根据最大似然检测准则，推导出中继节点和终端节点的理论出错率。理论结果也通过仿真验证。
2013-10-23 cs.IT math.IT
Study of Buffer-aided physical-layer network coding with ML and MMSE linear code designs for cooperative DS-CDMA systems
在这项工作中，我们提出了缓冲区辅助物理层网络编码（PLNC）技术的合作直接序列码分多址系统。在所提出的缓冲区辅助PLNC方案中，采用中继对选择算法来获得具有最佳性能的中继对和缓冲区条目中的分组以及用于数据传输的相关联的链路组合。我们还设计了PLNC计划的基础上设计的线性网络编码矩阵，使用最大似然和最小均方误差的标准，以产生网络编码的符号发送到目的地。仿真结果表明，所提出的技术显着优于现有技术。
2017-07-20 cs.IT math.IT
Source and Physical-Layer Network Coding for Correlated Two-Way Relaying
本文研究了具有双向信息交换的相关信源的半双工双向中继信道。在这种情况下，当两个源有相关统计的知识，源压缩与物理层网络编码（SCPNC）计划，提出了在每个源节点执行分布式压缩。当只有中继具有相关统计知识时，我们提出了一种中继压缩与物理层网络编码（RCPNC）方案来压缩中继处的双向消息。推导了这两种方案的块出错率（BLER）的封闭表达式，并通过仿真进行了验证。结果表明，所提出的计划实现了相当大的改善，在错误性能和吞吐量相比，传统的非压缩方案在相关的双向中继网络（CTWRN）。
2016-01-30 cs.IT math.IT
Joint Physical Network Coding and LDPC decoding for Two Way Wireless Relaying
本文研究了双向中继系统中信道编码和网络编码的联合设计，提出了一种低复杂度的物理网络编码和LDPC译码的联合方案。对于在两个源节点采用相同的LDPC码，我们表明，中继可以解码网络编码的码字从BPSK调制的多址接入信道接收的叠加信号。仿真结果表明，在AWGN信道和复杂MAC信道下，这种新的联合物理网络编码和LDPC译码方法的性能优于现有的MMSE网络编码和LDPC译码方法。
2013-02-20 cs.IT math.IT
Combined Decode-Forward and Layered Noisy Network Coding Schemes for Relay Channels
我们提出了两种编码方案相结合的解码前向（DF）和噪声网络编码（NNC）与不同的风味。第一种是单向中继信道的组合DF-NNC方案，该方案通过执行速率分裂、部分块马尔可夫编码和NNC，将DF和NNC作为特例。第二种是结合两种不同的DF策略和分层NNC的双向中继信道。一种DF策略在源处以中继处的功率分割为代价执行相干块马尔可夫编码，另一种执行独立的源和中继编码但具有全中继功率，并且分层NNC允许每个目的地具有不同的压缩率。分析和仿真结果表明，这两种方案都能充分利用DF和NNC的优点，取代各自的方案。
2012-05-20 cs.IT math.IT
Wireless Bidirectional Relaying using Physical Layer Network Coding with Heterogeneous PSK Modulation
在使用物理层网络编码（PLNC）的双向中继中，通常假设用户在多址接入阶段采用相同的调制方案。然而，正如Zhang等人所观察到的，可能不希望用户总是使用相同的调制方案，特别是当用户中继信道不是同样强时。这种方案被称为异构PLNC。然而，[1]中的方法使用计算密集的最近邻聚类（CNC）算法来找到要在中继处应用的网络编码映射。此外，治疗是特定于异质性调制的某些情况下。在本文中，我们表明，当用户采用异构但对称的PSK调制，网络编码映射和映射区域中的衰落状态平面可以得到解析。性能结果以中继出错率（RER）和比特出错率（BER）的形式提供。
2017-03-12 cs.IT math.IT
Analog Network Coding in General SNR Regime
研究了在有向链路的分层无线中继网络中，采用模拟网络编码实现单播通信的最大速率问题。执行模拟网络编码的中继节点缩放并转发在其输入处接收的信号。最近，这个问题已经被认为是在两个假设下：（A）每个中继节点缩放其接收到的信号，其发射功率约束的上限，（B）在特定的子集的网络中的中继节点在高信噪比制度。我们确定假设（A）通常会导致次优的端到端速率。我们还刻画了模拟网络编码在对称分层网络类中的性能，而无需假设（B）。这项工作的主要贡献是一个引理，指出一个全局最优的一组缩放因子的分层中继网络中的节点，最大化的端到端的速率可以逐层计算。具体地，层中的节点的速率最优缩放因子集合是使下一层中的节点的总速率最大化的缩放因子集合。这种关键的洞察力使我们能够表征网络场景中的模拟网络编码性能，这些网络场景超出了使用现有方法可以分析的网络场景。我们说明了这一点，通过计算模拟网络编码在一个特定的分层网络中，在各种通信场景下实现的最大速率。
2012-05-19 cs.IT math.IT
Joint Physical Layer Coding and Network Coding for Bi-Directional Relaying
我们考虑两个发射机希望通过中间的中继交换信息的问题。假设发射机和中继之间的信道是同步的、平均功率受限的加性高斯白噪声信道，其具有信噪比（SNR）为1/2的实输入。容量的上限是双向中继信道的媒体访问阶段和广播阶段的每次使用每个发射机1/2 log（1+ 1）比特。我们表明，使用格码和格解码，我们可以获得1/2 log（0.5 + 100）位每发射机，这是在高信噪比基本上是最佳的速率。其主要思想是解码的码字的总和模的晶格在中继，随后由广播阶段，执行Slepian-Wolf编码与结构化代码。对于渐近低SNR的，联合解码的两个传输在中继（MAC信道）被证明是最佳的。我们还表明，如果这两个发射机使用相同的格子与最小角度解码，我们可以实现相同的速率的1/2 log（0.5 +）。所提出的方案可以被认为是一个联合的物理层，网络层的代码，它优于其他最近提出的模拟网络编码方案。
2008-05-01 cs.IT math.IT
An algebraic framework for end-to-end physical-layer network coding
提出了一种基于子模块传输的端到端物理层网络编码的代数结构。引入了模间距离函数，描述了它与信息丢失和差错的关系，并给出了计算方法，提出了子模纠错码的定义，研究了这类码的界和构造.
2016-11-14 cs.IT math.AC math.IT
Inter-session Network Coding for Transmitting Multiple Layered Streams over Single-hop Wireless Networks
研究了采用网络编码技术在单跳无线网络上传输多个独立分层视频流的问题。我们将无反馈随机线性NC（RLNC）与不等错误保护（UEP）相结合，我们的目标是研究跨流编码的好处，即会话间NC。为此，我们提出了一种传输方案，除了混合每个流的不同层的数据包（会话内NC），混合不同流的数据包。然后，我们提出了每个用户的层解码概率的解析公式，并利用它来定义一个理论上的性能指标。在各种情况下评估此性能度量，可以观察到会话间NC改善了用户性能之间的权衡。此外，分析结果表明，会话间NC的吞吐量增益超过会话内NC的独立流的数量增加，也通过增加数据包出错率，但降低网络变得更加异构。
2014-09-03 cs.IT math.IT
Asynchronous Convolutional-Coded Physical-Layer Network Coding
本文研究了异步卷积编码物理层网络编码（PNC）系统的解码过程。具体来说，我们提出了一个分层的卷积编码PNC解码框架，包括三个层：符号重对齐层，码字重对齐层，联合信道解码网络编码（Jt-CNC）解码层。我们的框架可以处理多个源同时发送的信号之间的相位差和符号到达时间差。该框架的显著特征是它可以处理分数和整数符号偏移;先前提出的PNC解码算法（例如，XOR-CD和减少状态维特比算法）只能处理小数符号偏移。此外，Jt-CNC算法，基于置信传播（BP），是BER最优的同步PNC和异步PNC的近最优。除了卷积码之外，我们还将Jt-CNC解码算法推广到所有循环码。仿真结果表明，Jt-CNC算法在同步PNC系统中的性能比XOR-CD算法和减少状态的Viterbi算法提高了2dB。对于相位异步的PNC，Jt-CNC比其他两种算法的性能好4dB。重要的是，对于真实的无线环境测试，我们还实现了我们的解码算法在PNC系统建立在USRP软件无线电平台。实验结果表明，本文提出的Jt-CNC解码器在实际应用中效果良好。
2013-12-05 cs.IT math.IT
On the BCJR Algorithm for Asynchronous Physical-layer Network Coding
在实际的异步双向中继中，两个源节点发送的符号不可能完全对齐到达中继节点，需要认真考虑符号异步多址接入信道（MAC）。最近，Lu等人提出了具有矩形脉冲整形的符号异步MAC的Tanner图表示，并进一步开发了用于异步物理层网络编码的最佳解码的消息传递算法。本文提出了一种适用于任意脉冲整形的异步多址信道的通用模型。然后，Bahl，Cocke，Jelinek，和Raviv（BCJR）算法的异步MAC信道的最佳解码。该公式可以很好地用于开发各种低复杂度的算法，如Log-MAP算法、Max-Log-MAP算法等，具有良好的实用性。
2011-05-24 cs.IT math.IT
A Random Variable Substitution Lemma With Applications to Multiple Description Coding
我们建立了一个随机变量替换引理，并使用它来研究细化层在多描述编码中的作用，阐明了几个现有的可实现的多描述率失真区域之间的关系。具体地说，它表明，El Gamal覆盖（EGC）区域是等价的EGC* 区域（一个先行版本的EGC区域），而Venkataramani-Kramer-Goyal（VKG）区域（当专用于2-描述的情况下）是等价的Zhang-Berger（ZB）区域。此外，我们证明了多描述编码与个人和层次的失真约束，在VKG方案的层数可以显着减少时，只有某些加权和率的关注。研究了细化层在可分级编码（多描述编码的一种特殊情况）中的作用。
2009-09-17 cs.IT math.IT
Transmit Antenna Selection for Physical-Layer Network Coding Based on Euclidean Distance
物理层网络编码（PNC）是一种对时延敏感且频谱效率高的通信应用，特别是在双向中继信道（TWRC）中。在本文中，我们提出了一个多输入单输出（MISO）固定网络编码（FNC）系统的错误性能分析与两种不同的发射天线选择（TAS）计划。对于第一种方案，其中的天线选择是基于最强的信道进行的，我们推导出一个紧密的封闭形式上界的平均出错率（SER）与$M$ -ary调制，并表明该系统实现了分集阶数为1的$M > 2$。接下来，我们提出了一种基于欧氏距离（ED）的天线选择方案，该方案在误差性能方面优于第一种方案，并且示出了在两个用户处的天线数量的最小值所实现的分集阶下界。
2017-09-13 cs.IT math.IT
Asynchronous Physical-layer Network Coding Scheme for Two-way OFDM Relay
在双向OFDM中继中，中继节点和终端节点之间的载波频偏（CFO）会引入严重的载波间干扰（ICI），从而降低传统物理层网络编码（PLNC）的性能。此外，在ICI存在的情况下，传统的计算后验概率的算法将在中继节点处招致过高的计算复杂性。在本文中，我们提出了一个两步异步PLNC方案在继电器，以减轻CFO的影响。在第一步中，我们打算重建ICI分量，其中空间交替广义期望最大化（SAGE）算法用于联合估计所需的参数。在第二步中，提出了一种信道解码和网络编码方案，利用重构的ICI将接收信号转换为两个终端发送信息的XOR。仿真结果表明，该方案以相对较低的计算复杂性有效地抑制了OFDM中继中CFO的影响。
2012-04-12 cs.IT math.IT
An Algebraic Approach to Physical-Layer Network Coding
研究了通过格划分设计新的物理层网络编码方案的问题。建立在最近的工作由Nazer和Gastpar，谁证明了其渐近增益使用信息理论的工具，我们采取代数方法来显示其潜力在非渐近设置。我们首先涉及Nazer-Gastpar的方法的基本定理的基本理想域上的生成模。基于这种联系，我们推广了它们的码构造，简化了它们的编码和译码方法。这不仅提供了对他们方法的透明理解，更重要的是，它为设计高效实用的PNC方案提供了机会。最后，我们将我们的PNC框架应用于高斯中继网络，并证明了它比传统PNC方案的优势。
2010-05-15 cs.IT math.IT
A Capacity Achieving and Low Complexity Multilevel Coding Scheme for ISI Channels
我们提出了一种计算效率高的多级编码方案，以实现使用二进制输入层的ISI信道的容量。发射机采用具有线性映射的多级编码。接收器使用多级解码，其中每一级执行单独的线性最小均方误差（LMMSE）均衡和解码。该方案的最优性是由于当信噪比足够低时，LMMSE均衡器在ISI信道中是信息无损的。计算复杂性低，并且与信道脉冲响应的长度和层的数量成线性比例。每层的解码器都会看到等效的AWGN信道，这使得编码变得简单。
2005-11-08 cs.IT math.IT
Polar Coding for Efficient Transport Layer Multicast
在本文中，我们阐明了如何在传输层的自适应，高效的错误编码有助于确保应用程序的要求。我们回顾了MDS码的使用，并表明，二进制编码可以显着降低复杂性，从而增加嵌入式设备的适用性。我们利用极化码中生成矩阵的全对称结构，建立了信道（极化效应）和分组（多播传输所需的一般性）上的分散的对偶性，从而构建了用于增量冗余的系统极化码，其性能尽管复杂度低得多，但接近于用于中程剩余丢失率的MDS码。
2022-02-21 cs.IT cs.NI math.IT
Universal Joint Source-Channel Coding Under an Input Energy Constraint
针对噪声水平未知的无限带宽 AWGN 信道，提出多层模格调制的通用联合信源信道编码方案，并证明其在相同二次失真下更节能，PPM 层可进一步改进。
2023-01-18 cs.IT math.IT
Perfect Secrecy in Physical Layer Network Coding Systems from Structured Interference
物理层网络编码（PNC）已被提出用于下一代网络。在这篇文章中，我们研究了PNC方案与嵌入式完全保密利用结构化干扰中继网络中的两个用户和一个单一的中继。在一个实际的情况下，两个用户采用有限的和均匀的信号输入分布，我们提出了上界（UB）的可实现的完美的保密率，并使这些明确的PAM调制解调器时使用。然后，我们描述了两个简单的，明确的编码器，可以实现完美的保密率接近这些UB相对于一个不可信的中继在单天线和单中继设置。最后，我们将我们的系统推广到MIMO中继信道中，中继有更多的天线比用户和最佳的预编码矩阵，保持所需的保密约束进行了研究。我们的研究结果表明，在下一代系统中，具有增强的吞吐量和保证数据机密性的PNC传输方案的设计是可行的。
2016-02-01 cs.IT math.IT
Illuminating Networks: Enhancing Visible Light Communication with Physical-Layer Network Coding (PNC-VLC Scheme)
本研究提出一种采用物理层网络编码的新型PNC-VLC一对多方案，构建含物理层信号处理与介质访问控制的集成框架，经数学建模与多场景对比验证，其在不同信道下的误码率性能优于传统PNC方案，可提升VLC系统吞吐量。
2024-10-06 cs.IT eess.SP math.IT
Physical-Layer Network Coding with Multiple Antennas: An Enabling Technology for Smart Cities
高效的异构通信技术是在智慧城市中提供完美连接的关键组成部分。无线技术、服务和通信设备的激增产生了对绿色和频谱高效的通信技术的需求。物理层网络编码（PNC）现在被公知为延迟敏感和频谱高效通信应用的潜在候选者，特别是在双向中继中，并且因此非常适合于智能城市应用。在本文中，我们提供了一个简单的介绍PNC和相关的距离缩短现象发生在中继。我们讨论了现有的计划，减轻距离缩短的有害影响的问题，我们提出了简单而有效的解决方案的基础上使用多天线系统。仿真结果表明，在PNC系统中使用基于欧氏距离度量的天线选择方案可以实现全分集阶数。
2017-10-11 cs.IT math.IT
Wireless Network Coding with Local Network Views: Coded Layer Scheduling
分布式无线网络设计中的一个基本挑战是网络状态的大动态范围。由于在所有节点上连续跟踪全局网络状态实际上是不可能的，节点只能获得整个网络的有限的局部视图来设计其传输策略。在本文中，我们研究多层无线网络，并假设每个节点只有有限的知识，即1-本地视图，其中每个S-D对有足够的信息，以执行最佳时，其他对不干扰，以及连接信息的其余网络。我们调查的信息理论的限制，这种有限的知识在节点上的通信。我们开发了一种新的传输策略，即编码层调度，它只依赖于1-本地视图的节点，并结合了三种不同的技术：（1）每层干扰避免，（2）重复编码，以允许干扰的偷听，和（3）网络编码，以允许干扰中和。我们表明，我们提出的方案可以提供一个显着的吞吐量增益相比，传统的干扰避免策略。此外，我们表明，我们的策略最大化可实现的归一化和速率的某些类别的网络，因此，表征归一化和容量的网络与1-本地视图。
2017-04-14 cs.IT math.IT
Minimizing The Expected Distortion Using Multi-layer Coding Approach In Two-Hop Networks
在均方误差准则下，研究了高斯信源在两跳块衰落信道中的可达失真最小化问题。假设在传输端之间没有直接链路，并且通信是通过使用中继来执行的，采用解码和转发（DF）策略。此外，对于发射机到中继和中继到目的地链路，信道统计仅在对应的接收机处可用，而信道增益在附属发射机处不可用。假设高斯源通过使用连续细化信源编码方法被分层编码，并且使用多层信道码被发送到中继。类似地，中继器通过使用多层代码将检索到的信息发送到目的地。相应地，在瑞利块衰落环境中，跨码层的最佳功率分配推导。数值结果表明，所提出的多层方法的可实现的失真优于单层代码。此外，当通道失配因子大于1时，DF策略产生的失真优于Amplify and Forward~（AF）策略，而当通道失配因子小于1时，DF策略产生的失真略有下降。
2016-05-28 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Adaptive Physical Layer Network Coding for Wireless Two-way Relaying
分析了物理层网络编码双向中继方案的调制方案，该方案采用两个阶段：多址（MA）阶段和广播（BC）阶段。这是由小池秋野等。根据信道条件自适应地改变在中继站处使用的网络编码映射大大降低了在MA阶段期间在中继站处发生的多址干扰的影响。取决于在端节点处使用的信号集，对于被称为奇异衰落状态的有限数量的信道衰落状态发生深度衰落。奇异衰落状态分为以下两类：由于信道中断而引起的并且其有害影响不能通过自适应网络编码来减轻的奇异衰落状态被称为\textit{non-removable singular fade states}。由于信号集的选择而发生的并且其有害影响可以通过适当选择自适应网络编码映射来消除的那些被称为\textit{removable}奇异衰落状态。在本文中，我们推导出一个上界的平均端到端的符号出错率（SER），有和没有自适应网络编码在中继，莱斯衰落的情况下。结果表明，在没有自适应网络编码的情况下，在高信噪比（SNR）下，对端到端SER的贡献来自以下错误事件，这些错误事件落为$\text{SNR}^{-1}$：与可移除奇异衰落状态相关联的错误事件，与不可移除奇异衰落状态相关联的错误事件以及BC阶段期间的错误事件。相反，对于自适应网络编码方案，与对平均端到端SER有贡献的可移除奇异衰落状态相关联的错误事件作为$\text{SNR}^{-2}$而下降，并且结果，自适应网络编码方案提供了优于不…
2012-03-26 cs.IT math.IT
Isn't Hybrid ARQ Sufficient?
在实际系统中，可靠的通信通常是通过在不同的网络层编码来实现的。我们质疑这种方法的必要性，并研究何时它可以是有益的。通过概念上简单的概率模型（基于抛硬币），我们认为，多播的情况下，协议的限制可能会使级联多层编码优选单独的物理层编码，这是大多数情况下，在点对点通信。
2014-11-14 cs.IT math.IT
Algebraic Approach to Physical-Layer Network Coding
研究了基于嵌套格的物理层网络编码方案的设计问题。建立在计算和转发（C&F）的中继策略的Nazer和Gastpar，谁证明了其渐近增益使用信息理论的工具，代数方法被用来显示其潜力，在实际中，非渐近，设置。通过将C&F与模理论直接联系起来，给出了一个研究基于嵌套格的PNC方案（简称LNC方案）的一般框架。特别是，一个通用的LNC计划，使基本的嵌套格码上没有任何假设。在此框架下重新解释了C&F，并给出了LNC格式的几种推广构造。通用LNC方案自然导致模块上的线性网络编码信道，基于该信道可以实现非相干网络编码。接下来，性能/复杂性权衡的LNC计划进行了研究，特别侧重于超立方体形状的LNC计划。这类LNC方案的错误概率在很大程度上取决于底层嵌套格码的最小陪集间距离。几个说明性的超立方体形状的LNC方案的基础上设计的构造A和D，示出了3至7.5 dB的标称编码增益可以获得合理的解码复杂度。最后，解码多个线性组合的可能性被认为是相关的最短独立向量的问题。主导解决方案的概念一起开发了一个合适的格减少为基础的算法。
2013-07-03 cs.IT math.IT
Analog Network Coding in General SNR Regime: Performance of Network Simplification
我们考虑一个通信场景，其中源通过有向分层中继网络与目的地通信。每个继电器执行模拟网络编码，其中它缩放并转发在其输入处接收的信号。在这种情况下，我们解决的问题：什么部分的最大端到端可实现的速率可以保持，如果只有一小部分的中继节点在每一层可用？我们考虑，特别是，高斯钻石网络（分层网络与单层中继节点）和一类对称分层网络。对于这些网络，我们证明了每个中继层在有和没有网络简化（在每层中使用k个而不是N个中继，k < N）的情况下增加最佳模拟网络编码性能之间的加性差距不超过log（N/k）^2比特，并且相应的乘法差距不超过（N/k）^2的因子，渐近地（在源功率中）。据我们所知，这项工作提供了第一个表征的性能，网络简化一般分层放大转发中继网络。此外，与大多数目前的近似结果，试图约束最佳速率内的添加剂的差距或乘法的差距，我们的研究结果提出了一个新的速率近似方案，允许同时计算的添加剂和乘法的差距。
2012-04-23 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Physical Layer Network Coding for Two-way Relaying over Non-regenerative Communication Satellites
双向中继是宽带通信卫星的主要应用之一，物理层网络编码（PLNC）是实现双向中继的有效技术。早期的研究已经考虑了卫星采用PLNC与板载处理。本文研究了PLNC在非再生卫星上的性能，因为大多数运营和计划中的卫星都没有星上处理。假设两个用户的信道幅度相等，两个操作条件被认为是与未编码QPSK中继。在第一种情况下，两个用户在相位和发射功率上完全同步，而在第二种情况下，相位不同步。卫星放大器施加的峰值功率约束被认为是和错误的性能界限推导出这两个条件。提供了端到端比特出错率（BER）和吞吐量的仿真结果。这些结果将使通信系统设计人员能够确定系统参数，如功率和线性度，并在不同的中继方案之间进行权衡分析。
2017-03-12 cs.IT math.IT
Hybrid Channel- and Coding-Based Challenge-Response Physical-Layer Authentication
提出一种结合瞬时CSI与共享密钥的物理层认证机制，通过窃听编码与信道配置检查实现认证，并研究导频信号与编码率的权衡以提升安全性。
2025-01-29 cs.IT eess.SP math.IT
Space-Time Coded Spatial Modulated Physical Layer Network Coding for Two-Way Relaying
使用空间调制的方法，其中只有一个发射天线是活跃的时间，我们提出了两个传输方案的双向中继信道使用物理层网络编码与空时编码，使用坐标交织正交设计（CIOD的）。结果表明，在节点处使用两个不相关的发射天线，但仅使用一个RF发射链和跨这些天线的空时编码可以提供更好的性能，而不使用任何额外的资源，并且不增加硬件实现成本和复杂度。在第一种传输方案中，仅在中继站处使用两个天线，在中继站处采用自适应网络编码（ANC），并且中继站发送CIOD空时分组码（STBC）。这给出了一个更好的性能相比，现有的ANC方案的双向中继信道使用一个天线在所有三个节点。结果表明，对于这种方案在高信噪比的平均端到端符号错误概率（SEP）的上限是两倍的点到点衰落信道的SEP。在第二种传输方案中，在所有三个节点处使用两个发射天线，CIOD STBC在多址和广播阶段中发射。该方案为平均端到端SEP提供了二阶分集，其中对于任意信号集增加了$\mathcal{O}(M^3)$的解码复杂度，对于方形QAM信号集增加了$\mathcal{O}(M^2\sqrt{M})$的解码复杂度。
2014-01-05 cs.IT math.IT
Seek and Decode: Random Access with Physical-Layer Network Coding and Multiuser Detection
我们提出了一种新的跨层的方法来随机接入（RA），结合物理层网络编码（PLNC）与多用户检测（MUD）。PLNC和MUD在物理层联合应用，以便提取经历冲突的消息的任何线性组合。从整个帧中提取的组合集合然后由接收器处理以恢复原始分组。在发送终端处的简单预编码阶段允许接收器进一步增加系统分集。我们推导出系统吞吐量的分析界限，并提出了在物理层解码的仿真结果，以及在帧级的块衰落信道，即吞吐量，丢包率和能源效率的性能指标。我们提出的结果是有希望的，并建议跨层的方法利用PLNC和MUD的联合使用可以显着提高RA系统的性能。
2014-06-18 cs.IT cs.NI math.IT
Joint LDPC and Physical-layer Network Coding for Asynchronous Bi-directional Relaying
在实际的异步双向中继中，两个源发送的符号到达中继站时不能实现完美的帧对齐和符号对齐，需要认真考虑异步多址接入信道（MAC）的影响。最近，Lu等人提出了一种矩形脉冲整形的符号异步MAC的Tanner图表示，并进一步发展了符号异步物理层网络编码的最优译码的消息传递算法。本文针对任意脉冲整形的异步MAC，提出了一种通用的信道模型。在此基础上，提出了异步MAC信道最优译码的Bahl，Cocke，Jelinek，and Raviv（BCJR）算法。针对基于符号异步MAC层的低密度奇偶校验（LDPC）编码BPSK信号，提出了一种形式化的对数域广义和积译码算法（Log-G-SPA）.此外，我们提出使用循环码来对抗帧异步性，并且可以通过使用简单的循环冗余校验（CRC）编码技术来解决该方法中固有的相对延迟。仿真实验验证了该方法的有效性。
2011-06-28 cs.IT math.IT
A Novel Spectrally-Efficient Scheme for Physical Layer Network Coding
在本文中，我们提出了一种新的三时隙传输方案结合了一个有效的嵌入式线性信道均衡（ELCE）技术的物理层网络编码（PNC）。我们的传输方案，我们实现了约33%的频谱效率比传统的两个时隙的方案，而保持相同的端到端的BER性能。我们推导了一个精确的表达式，建议的三时隙传输方案结合所提出的ELCE技术的BPSK传输的端到端的BER。数值结果表明，端到端误码率的精确表达式与误码率仿真结果是一致的。
2014-07-03 cs.IT cs.NI math.IT
Analog network coding in general SNR regime: Performance of a greedy scheme
研究了在有向链路的分层中继网络中，采用模拟网络编码实现单播通信的最大速率问题。执行模拟网络编码的中继节点缩放并转发在其输入处接收的信号。最近，这个问题已被认为是在一定的假设下，每个节点的缩放因子和接收到的SNR。在此之前，我们建立了一个结果，使我们能够表征的最佳性能的模拟网络编码的网络场景超出了那些可以使用基于这样的假设的方法进行分析。这项工作的主要贡献是一个计划greetly计算下限的最佳速率可实现的模拟网络编码在一般的分层网络。该方案允许精确计算的最佳可实现的速率在更广泛的分层网络比那些可以使用现有的方法来解决。对于高斯N-中继菱形网络的特定情况下，据我们所知，该方案提供了第一个精确的表征模拟网络编码可实现的最佳速率。此外，对于一般的分层网络，我们的计划允许我们计算的最佳速率在一个恒定的差距从割集上界渐近源功率。
2012-04-23 cs.IT math.IT
Fading Two-Way Relay Channels: Physical-Layer Versus Digital Network Coding
针对衰落三节点双向中继网络（TWRN），研究了三种传输策略--物理层网络编码（PNC）、数字网络编码（DNC）和码字叠加（CW-Sup）。目的是最小化提供给定的一对所需平均速率所需的总平均能量。假设全信道状态信息在所有发射机和接收机处可用。在衰落信道中的各种策略对应的优化问题制定，解决和比较。对于基于DNC的策略，首先考虑网络编码消息和较大消息的剩余比特（DNC-TS）的传输的简单分时。我们扩展这种方法，包括叠加策略（DNC-Sup），其中网络编码的消息和其余的较长的源消息在传输之前叠加。从理论上证明了DNC-Sup在总平均能量使用方面优于DNC-TS和CW-Sup。更重要的是，它在仿真中显示，DNC-Sup性能优于PNC，如果所需的速率较低，反之亦然。最后，提出了一种算法来选择最佳的策略，在能源使用受到不同的速率对的要求。
2014-06-04 cs.IT math.IT
Network Coding for Multi-Resolution Multicast
多分辨率编码使不同的接收器能够以不同的速率进行多播，这种设置通常适用于图形或视频流。我们提出了一个简单的，分布式的，两阶段的消息传递算法来生成网络代码的多分辨率代码的单源组播。这种“后推算法”的目标是最大化所有接收器实现的总速率，同时保证每个接收器处的基本层的可解码性。通过进行回推和代码生成阶段，该算法利用层间以及层内编码。数值模拟表明，在实现的总速率方面，推回算法优于路由和层内编码方案，即使码字大小小至10位。此外，性能差距扩大的接收器的数量和网络中的节点的数量增加。我们还观察到，在某些网络条件下，简单的层间编码方案可能比层内方案执行得更差。
2009-08-04 cs.IT cs.NI math.IT
On Secure NOMA-CDRT Systems with Physical Layer Network Coding
提出了一种新的方案，以提高基于NOMA的协作直接中继传输系统（NOMA-CDRT）的保密性能与不可信的中继。将物理层网络编码和非正交多址接入方案相结合，提高了频谱利用率。在不影响合法用户接收质量的前提下，利用用户间干扰和友好干扰信号抑制非可信中继的窃听能力。具体地，第一时隙中的远用户和第二时隙中的近用户充当干扰器以产生干扰信号，从而确保机密信号的安全传输。我们研究了该方案在NOMA-CDRT系统中的保密性能，并推导出遍历保密和速率的封闭表达式。在高信噪比的渐近分析进行，以获得更多的见解。最后通过仿真验证了该方案的有效性和理论分析的正确性。
2022-05-25 cs.IT math.IT
Joint Adaptive Modulation-Coding and Cooperative ARQ for Wireless Relay Networks
本文提出了一种跨层的方法，联合设计自适应调制和编码（AMC）的物理层和协作截断自动重传请求（ARQ）协议的数据链路层。首先，我们推导出一个精确的封闭形式的频谱效率的联合AMC合作ARQ计划的表达。为了最大化该系统性能指标，我们优化了直接满足数据链路层规定的分组丢失率约束的AMC方案。结果表明，采用协作ARQ作为重传策略，与物理层仅采用AMC的系统相比，显著提高了系统的频谱效率。此外，建议的自适应速率协作ARQ方案优于固定速率对应时，在源和中继的传输模式选择的基础上的信道统计。这反过来量化了无线中继网络中AMC和ARQ的联合设计所实现的可能增益。
2008-11-26 cs.IT math.IT
Joint Channel Estimation and Channel Decoding in Physical-Layer Network Coding Systems: An EM-BP Factor Graph Framework
研究了物理层网络编码（PNC）系统中的联合信道估计和信道译码问题。在PNC中，多个用户同时向中继传输。PNC信道解码不同于传统的多用户信道解码：具体地，PNC中继的目的是解码网络编码的消息，而不是用户的个人消息。虽然先前的工作已经表明，PNC可以显着提高中继网络的吞吐量，改善是基于准确的信道估计的可用性。然而，PNC中的信道估计可能特别具有挑战性，因为1）多个用户的重叠信号; 2）由信道编码引起的数据符号之间的相关性;以及3）时变信道。我们结合期望最大化（EM）算法和信念传播（BP）算法在一个统一的因子图框架来应对这些挑战。在该框架中，通过EM子图执行信道估计，并且通过BP子图执行信道解码，BP子图对与PNC信道解码的目标匹配的虚拟编码器进行建模。这两个子图之间的迭代消息传递允许逐步接近两者的最优解。我们提出了广泛的仿真结果表明，我们的PNC接收器的优越性，比其他PNC接收器。
2013-11-22 cs.IT math.IT
An Optimal Decoding Strategy for Physical-layer Network Coding over Multipath Fading Channels
提出了一种多径衰落信道下物理层网络编码（PNC）的最优解码器。以往对PNC的研究主要集中在单路径的情况下。对于PNC，多径不仅引入符号间干扰（ISI），而且还引入多个用户同时发送的信号之间的符号间干扰（Cross-SI）。在本文中，我们假设发射机没有信道状态信息（CSI）。然而，PNC系统中的中继具有CSI。中继利用置信传播（BP）算法解码的多径失真的信号从多个用户到网络编码的数据包。我们将我们的多径解码算法称为MP-PNC。我们的仿真结果表明，在单径信道上的同步PNC的基准，比特出错率（BER）性能损失的MP-PNC下的两个抽头ITU信道模型可以保持在0.5dB。此外，它优于MUD-XOR算法3dB - MUD-XOR在执行XOR网络编码映射之前显式地解码来自两个用户的个体信息。虽然本文提出的衰落信道PNC的框架是基于双径和三径信道模型，我们的算法可以很容易地扩展到三个以上的路径的情况下。
2014-07-08 cs.IT math.IT
Making the Most of Sporadic Feedback: Low-Complexity Application-Layer Coding for Data Recovery in the Internet of Things
我们提出了应用层编码方案，以恢复在延迟敏感的上行链路（传感器到网关）的物联网通信中丢失的数据。建立在一种方法，结合重传和前向擦除校正，所提出的方案的显着特点包括低计算复杂性和利用零星的接收机反馈的有效数据恢复的能力。通过保持编码传输的数量尽可能低，并通过设计一种机制来计算O（1）中编码分组的最佳度，从而降低了复杂度。我们的主要贡献是：（a）对称为窗口编码的现有方案的增强，其复杂性大大降低，并且通过我们提出的方法提高了数据恢复性能。(b)一种将窗口编码的元素与新的反馈结构相结合的技术，以进一步降低编码复杂性并改善数据恢复。(c)一种编码转发方案，其中中继节点通过偷听源到目的地通信并基于偷听到的信息做出转发决策来提供针对分组丢失的进一步弹性。
2022-07-23 cs.IT cs.NI math.IT
Neural Network Aided Decoding for Physical-Layer Network Coding Random Access
基于物理层网络编码的思想，编码随机接入系统的一些有前途的建议试图通过分组重复和冲突分组的线性组合的解码来提高系统性能（同时保持低复杂度），无论何时单个分组的解码失败。然后临时存储所得到的线性组合，希望收集足够的线性独立组合，以便最终通过在竞争帧结束时的线性系统的分解来恢复所有单独的分组。然而，目前还不清楚在众多的线性组合-其数量随冲突程度呈指数增长-中哪一个将具有低的解码错误概率。由于不存在分析框架来确定哪些组合最容易解码，因此这使得机器学习算法能够帮助接收器决定以哪些线性组合为目标。为此，我们训练神经网络，近似的错误概率为每一个可能的线性组合的基础上估计的信道增益，并证明了我们的方法的有效性，通过数值模拟。
2018-05-29 cs.IT math.IT
Linear Physical-layer Network Coding in Galois Field for Rayleigh fading 2-Way Relay Channels
本文提出了一种新的适用于瑞利衰落双向中继信道（2-WRC）的线性物理层网络编码（LPNC）。中继器通过将用户数据乘以适当选择的生成矩阵，而不是简单的模2（比特XOR）操作，直接将两个用户的叠加信号映射到GF（2^2）中的线性网络编码组合。我们推导出LPNC和5 QAM去噪和转发（5 QAM-DNF）的星座约束容量[2]，并进一步明确表征LPNC和5 QAM-DNF之间的容量差异。基于我们的分析和仿真，我们强调，在不使用不规则的5 QAM映射和牺牲频谱效率的情况下，我们在GF（2^2）中的LPNC在低SNR区域优于5 QAM-DNF方案，而在中高SNR区域实现相同的性能。
2012-11-02 cs.IT math.IT
Instantly Decodable Network Coding for Real-Time Scalable Video Broadcast over Wireless Networks
在本文中，我们研究了一个实时的【形】可伸缩的视频广播在无线网络中的即时解码网络编码（IDNC）系统。这样实时的【形】可伸缩视频有一个硬的截止日期，并施加一个解码顺序的视频layers.We首先推导出的概率上界，所有接收器的个人完成时间满足截止日期。利用这个概率，我们设计了两个优先IDNC算法，即扩展窗口IDNC（EW-IDNC）算法和非重叠窗口IDNC（NOW-IDNC）算法。这些算法在编码决策中考虑额外的视频层之前，为最重要的视频层提供了高级别的保护。此外，在这些算法中，我们选择一个适当的数据包组合在给定数量的视频层，使这些视频层被解码的最大数量的接收器在截止日期之前。我们制定这个数据包选择问题作为一个两阶段的最大集团选择问题的IDNC图。在一个真实的可伸缩视频流上的仿真结果表明，与现有的IDNC算法相比，我们提出的EW-IDNC和NOW-IDNC算法提高了接收到的视频质量。
2015-04-06 cs.IT math.IT
In-Order Delivery Delay of Transport Layer Coding
大量的流应用使用可靠的传输协议（如TCP）通过Internet传递内容。然而，由于数据包丢失恢复而导致的线头阻塞通常会导致不必要的行为和较差的应用层性能。传输层编码可以帮助从丢失的数据包中恢复，而无需等待重传，从而有助于缓解此问题。我们考虑使用一个在线的网络代码，插入编码的数据包内的基本数据包流的战略位置。如果需要重传，则发送附加的编码分组以确保接收器的解码能力。该方案的分析提供，有助于确定预期的按顺序的数据包传输延迟及其方差。数值结果，然后用来确定何时以及有多少编码的数据包应该插入到数据包流，除了确定减少的顺序延迟和可实现的速率之间的权衡。最后，分析结果与实验结果进行比较，以提供洞察如何最大限度地减少现有的传输层协议的延迟。
2014-08-06 cs.IT cs.NI math.IT
