数字喷泉码及网络喷泉码的最新进展

数字喷泉码和网络编码都是提高网络传输效率的有效技术方法,两者的有机结合形成的网络喷泉码具有重要的理论意义和应用价值。本文首先对数字喷泉码的最新研究进展进行了综述,分别介绍了几类常见的数字喷泉码的相关研究工作;其次对当前网络喷泉码的研究现状进行了系统的总结,重点介绍了同构网络喷泉码、异构网络喷泉码和无线网络喷泉码的相关理论及其最新研究成果,并分析了研究中存在的问题;最后对网络喷泉码的相关理论及其应用的发展趋势进行了分析和展望。     

乘积转发型双向中继网络性能分析及功率控制研究

在高斯信道下,乘积转发（Product-and-forward, PF）双向中继网络可以提供比放大转发（Amplify and forward, AF）双向中继网络更低的误符号率（Symbol-error rate, SER）。为了研究PF中继网络在瑞利衰落信道下的性能,推导出了PF中继网络的SER性能渐进表达式,且理论分析显示PF中继网络比AF中继网络拥有更好的SER性能。仿真结果和理论分析吻合,充分验证了该表达式的合理性与PF中继网络的优越性。为了进一步提高PF中继网络的SER性能,以发射总功率为约束条件,提出了最小化SER的功率控制算法。仿真结果表明所提算法可以显著提高系统SER性能。     

广义分布式喷泉码的改进优化算法

广义分布式喷泉码是针对多信源单中继网络而提出的一种分布式喷泉编码方案,其采用两步优化算法,对中继和源的度分布分别采用线性和非线性规划进行优化求解。但该优化方法复杂度较高,且优化结果依赖于初始度分布的选取。针对该问题,本文对两步优化算法进行改进,提出了一种新的度分布优化算法。该算法基于非线性规划方程,对源的度分布只需进行一步优化,并避免了选取初值的问题,降低了度分布优化的复杂度。仿真表明,本文提出的改进优化算法能够提高优化的稳健性和可靠性,改善总体译码性能,降低系统的误码率。      

雷达探测系统中目标位置和幅相信息量研究

针对一般的雷达目标探测系统,建立了目标探测信息的理论模型,即采用香农信息论的思想和方法研究雷达探测过程中获得的关于目标的位置信息量和幅相信息量。该模型中,针对单目标检测,假设目标在观察区间内服从均匀分布,而散射系数分为常数和服从瑞利分布两种情形,推导出目标的位置信息和幅相相位信息的闭合表达式。在高信噪比条件下,获得了散射系数为常数情况下目标位置信息的解析表达式和克拉美罗界（Cramér-Rao bound,CRB）。理论分析表明,目标的位置信息量与雷达探测系统的时间带宽积（Time-bandwidth product,TBP）和信噪比（Signal to noise,SNR）的对数成线性关系。仿真结果验证了理论分析的正确性,并给出了雷达目标探测的两个重要阶段：目标捕获阶段和目标跟踪阶段。本文的研究工作对实际雷达探测系统设计具有重要的理论指导意义。     

无线信道下基于可译集的喷泉码增量译码算法

针对无线信道中数字喷泉码BP译码算法复杂度高、增量译码效率低下的问题,提出了一种基于可译集的增量译码算法。该算法给出变量节点成功译码时似然比所需达到的合适门限值Tre的理论分析方法,将译码过程中似然比高于门限值的变量节点归入可译集,提前译出以减少计算量;另一方面,若译码失败,增加开销重新译码时可先利用已成功译出的部分变量节点简化Tanner图,只对未达到译码门限的变量节点进行迭代,进一步减少计算量,并给出了算法描述和复杂度分析。最后通过仿真表明,该算法与传统的BP译码算法性能相同,但计算量大大减少,效率显著提高。     

高斯信源下多中继网络的分布式压缩转发系统与优化设计

提出了一种模拟高斯信源通过多中继网络进行压缩转发的系统模型,该系统模型可以描述实际中传感器受限于环境或成本,只能进行简单的模拟信号发送,而中继器能够进行复杂的分布式信源编码和信道编码的传感中继网络。本文提出了该系统的理论分析框架,对传感器网络的分布式信源编码问题,采用CEO理论建立多中继网络的率失真函数,结合Shannon信道容量理论,将传感器网络与数字通信网络建立联系。本文提出了系统的优化设计理论方法,在总功率受限条件下,在传感器网络和通信网络之间进行功率分配,使信噪比性能达到最大。理论分析和仿真结果表明,本文提出的方法比模拟中继转发系统在低信噪比区域抗干扰性能更好。在高信噪比区域,随着总信噪比约束的增大,可提高至10 dB以上。     

多载波雷达系统的信息量及克拉美罗界

采用香农信息论的思想方法,以接收信号与被测目标的距离-幅相之间的互信息为测度,提出了目标距离信息和幅相信息的统一定义及描述方法,并推导出目标距离信息和幅相信息的闭合表达式,从而建立起多载波雷达系统的信息理论模型。研究表明,目标距离信息和幅相信息将产生相互影响,幅相信息通常依赖于距离信息。当目标的散射系数服从复高斯分布时,目标的幅相信息只与信噪比有关,而与距离信息无关。本文进一步研究了目标的距离信息量与最大似然估计之间的关系。理论分析与数值仿真结果表明,在高信噪比条件下,Cramer-Rao界就是距离信息量的渐近上界。然而,实际雷达系统通常工作于中等信噪比环境,长期以来,其理论上界并不清楚。现在,目标的距离信息量可作为最大似然估计的性能上界,为实际系统的性能提供了比较的依据。这一结论显示雷达信息理论对实际应用具有重要的指导作用。     

系统LT码在删除信道下的渐进性能分析及度分布设计

首先基于与或树分析法,对系统LT码在删除信道下的渐进性能公式进行推导,并给出其下限。仿真结果表明当开销足够大时,实际误码率,渐进性能与下限三者 完美匹配。然后根据渐进性能,提出改进的优化模型（Improved systematic linear programming,ISLP）对度分布进行优化设计。优化所得的度分布明显优于鲁棒孤波分布(Robust soliton distribution,RSD)分布与截断度分布(Truncated degree distribution,TDD)分布。另外,优化后的度分布其渐进性能可由设定的开销与误码率进行控制,即在所设置的开销之内达到理想的误码率,这一特性可进一步影响完全译码时所需开销。仿真结果表明,数据恢复时所需的开销与所设置的开销相近。对比系统LT码和LT码的误码率与恢复原始数据时所需的开销和编译码时间,表明系统LT码能比LT码更快地恢复原始数据,具有更优的性能。