动态无线网络索引编码传输理论和技术研究

Index coding is a source coding technique that exploits the receiver side information to achieve efficient data dissemination in broadcast channel, which has wide applications for data transmission in mobile communications, satellite communications, radio and television networks, etc. In this project, we are focused on the transmission problem of index coding in time-varying wireless channels. Based on the analysis of the unique dynamic multicasting feature of index coding and the dynamic diversity of wireless channel, we will be devoted to the design of the optimal transmission strategies for linear index coding and the analysis of network capacity, lower-complexity algorithm for index coding construction and transmission scheduling, adaptive flow control and transmission scheduling with dynamic traffic arrivals, and cooperative transmission of index coding in heterogeneous wireless networks. By exploring the innate nature of broadcast channel and opportunistic diversity of wireless channel, our research will give some new insights on the design of efficient data transmission techniques for dynamic wireless networks.

索引编码是一种由传输端利用接收端的边信息进行信源编码，实现高效数据传输的技术，在移动通信、卫星通信、广播电视网络等通信系统的数据传输方面有广泛的应用前景。本课题针对动态时变的无线信道环境下的索引编码传输问题，在深入分析索引编码的动态组播和无线信道的动态分集特性的基础上，研究和探索线性索引编码的最优传输策略及网络容量、低复杂度的索引编码构造和调度算法、动态数据流下的自适应流量控制与传输调度策略，以及异构网络环境下的索引编码与合作传输等理论和技术问题。期望通过挖掘无线信道的广播特性和动态变化带来的机会式分集效果，为设计动态无线环境下的高效数据传输技术提供新的思路。

无线信道的广播特性和动态衰落特性是无线通信系统的显著特性。由于无线信道的广播特性，处于同一传输节点有效覆盖范围内的任意接收节点除了可以接收属于自己的数据，也能通过信道侦听机会式的获得属于其他接收节点的数据。在传统的无线通信系统设计中，这些边信息数据通常是作为无用信息而抛弃的。此外，由于无线信道的动态时变特性，不同节点收到的同一传输节点的边信息数据有一定的差异性和互补性，因此其中的关键难点在于如何根据这些边信息的差异性，设计相应的编码转发策略，以降低不必要的数据传输，提高网络的信息处理能力和处理效率。针对这一问题，申请人提出了开展索引无线索引编码构造和传输调度机制研究，目是在深入分析索引编码的动态组播和无线信道的动态分集特性的基础上，研究无线网络环境下的线性索引编码最优传输策略及网络容量，设计低复杂度的编码构造和传输调度算法，研究动态信息流下的流量控制与调度策略、异构网络环境下的索引编码和合作传输等理论和技术问题。期望通过挖掘无线信道的广播特性和动态变化带来的机会式分集效果，为设计动态无线环境下的高效数据传输技术提供新的思路。经过四年的努力，课题组深入研究了无线信道广播、分集等固有特性，以非线性优化、排队论和博弈论等理论为基础，合理利用跨层设计的思想，顺利完成了原定的计划任务，在多载波系统的索引编码构造及传输技术、基于预编码的波束成形及传输技术、面向异构无线网络的协作编码传输技术等方面取得了一些有代表性的成果，建立了多载波无线通信系统下的组播问题子载波分配与索引编码构造优化模型，提出了将网络编码与协作传输技术相结合的方法，以及利用中继节点的边信息进行合作通信和波束成形等方案。研究成果发表在IEEE Trans. on Wireless Communications, IEEE Transactions on Vehicular Technology等国际期刊（10篇），以及通信领域的旗舰会议IEEE ICC，Globecom等国际会议上（17篇），出版英文专著1本，申请国家发明专利3项。

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