本书针对无线通信模型干扰信道和中继信道两个通信理论研究热点,利用编码技术确立两种信道在特定参数条件下的信道容量;针对无线通信应用研究热点之一的无线传感器网络,系统论述利用LDPC码,LT码,压缩感知等编码技术实现无线传感器网络高效数据收集的方法。

谷间介
本书共13章,第l ~7章论述干扰信道的模型,研究进展以及在特定参数条件下的信道容量;第8,9章分别论述了译码转发策略下,无公共信息的广播中继信道和中继多址信道的信道容量计算;第I0~13章论述IDPC码、LT码,压缩感知等编码技术在无线传感网数据收集中的应用。
本书可供高等院校通信工程及相关专业本科生﹑研究生以及科研院所的科研人员使用。

随着无线通信和网络技术的快速发展，无线网络已经广泛应用于国防军事、教育科研和医疗卫生等国民经济的各个部门，与人们的日常生活紧密相关。为了提高无线通信的速率、可靠性和时延等性能以满足人们日益增长的各类通信需求，无线通信网络中大量使用各种编码技术。利用编码技术提高无线网络数据传输的可靠性和效率，已经成为无线网络中日益重要的研究课题。
编码技术是指通过将某种信息转换为编码形式，并且嵌入传输载体（如电波、光波等），然后在接收端将编码还原为原始信息的过程。编码技术不仅关乎信息的传输速率和误码率，而且涉及信息传输的稳定性和安全性。现代通信技术中，编码技术已广泛应用于各种有线和无线通信系统，如数字电视、手机通信、广播电视、宽带互联网、卫星通信等。根据不同作用，编码技术可以分为纠错编码、信道编码、压缩编码和加密编码等类型。
为了研究信道编码在保证信道可靠通信的条件下可以达到的信道容量，点对点的单用户信道和包括广播信道、多址信道、干扰信道和中继信道在内的多用户通信模型被提出。本书论述通信领域中的干扰信道和中继信道。干扰信道研究的是多对通信用户共用通信资源的情况下，通过信道编码实现可靠通信可以达到的信道容量。中继信道研究的是为了延长两个用户的通信距离，中间采用其他用户中转时，通过信道编码实现可靠通信可以达到的信道容量。确立信道容量的信道编码是理论上的随机编码。在实际通信中，研究者提出了各种实用的信道编码。其中包括接近点对点信道容量的LDPC码、适用于无线传感网且简单高效的LT码等。
针对无线网络中研究热点之一的无线传感网，本书重点论述使用LDPC码、LT码和压缩感知编码实现高效的无线传感网数据收集的方法。使用LDPC码可以保证无线传感网通信的高速率。使用LT码能够保证无线传感网实现可靠通信时尽量减少通信量。使用压缩感知编码可以在保证可靠通信的情况下，对要传输的信息进行压缩，从而减少无线传感网的通信量。
本书包括干扰信道、中继信道和无线传感网三方面的内容，共13章。第1章介绍了干扰信道的模型、研究进展以及研究情况；第2章论述了两用户干扰信道采用点对点码时的信道容量；第3章论述了干扰信道采用逐次干扰消除译码的点对点码的译码方法可以达到采用叠加编码时的速率区域；第4章比较了两用户高斯干扰信道分别采用点对点码和叠加码时的容量；第5章从理论上证明了一类特殊的多用户循环干扰信道的容量；第6章探讨了两用户高斯干扰信道中的干扰处理策略；第7章论述了干扰信道的研究趋势；第8、9章分别计算了译码转发策略下，无公共信息的广播中继信道和中继多址信道的信道容量；第10~13章分别研究了LDPC码、LT码、压缩感知在无线传感网数据收集中的应用。
本书的出版由山西大同大学专著出版基金资助，特此表示感谢。
由于时间仓促和著者水平有限，书中疏漏及不妥之处在所难免，望读者不吝指正。
著者
2024年2月于山西大同大学

第1章干扰信道概论1

11干扰信道模型1

12干扰信道容量的研究进展3

121干扰信道容量的界定4

122干扰信道容量的提升6

13干扰信道传输策略研究进展6

14本书结构安排7

第2章点对点码下的干扰信道容量10

21信道模型11

22可达速率区域11

23扩展到高斯干扰信道17

231不考虑时间共享变量的速率区域18

232多传输模式FDM/TDM速率区域23

小结31

第3章叠加码下的干扰信道容量32

31基础知识和信道模型33

311联合典型序列33

312填充引理34

313信道模型34

32采用逐次干扰消除译码获得HK和CMG速率区域35

321获得HK速率区域35
？
322获得CMG速率区域43

33关于HK与CMG速率区域的等价性50

331从采用逐次干扰消除译码的译码顺序角度50

332从化简冗余表达式的角度51

小结54

第4章点对点码和叠加码的高斯干扰信道容量比较55

41信道模型与定义56

42点对点和叠加高斯码下的内界57

421点对点高斯码下的内界57

422叠加高斯码内界59

43不使用时间共享变量的内界比较60

431主要结论60

432数值结果62

44使用时间共享变量的和速率比较68

小结70

第5章多用户循环干扰信道的容量71

51信道模型73

52HK方案内界的SICD译码的可达性74

小结79

第6章高斯干扰信道的干扰译码策略80

61信道模型81

62两种基本译码方法82

621TIN译码方法82

622DIC译码方法82

63最优译码策略83

631非对称高斯干扰信道83

632对称高斯干扰信道87

小结87

第7章干扰信道的研究展望88

第8章无公共信息的广播中继信道的译码转发策略90

81信道模型91

82译码转发策略93

821离散无记忆广播中继信道93

822高斯广播中继信道95

83外界96

831割集界96

832利用辅助随机变量改进的外界97

84退化广播中继信道97

841物理退化广播中继信道97

842相对物理退化广播中继信道98

小结99

第9章中继多址信道的译码转发策略100

91定义与信道模型101

92译码转发策略103

921离散无记忆中继多址信道103

922高斯中继多址信道105

93割集界107

94退化中继多址信道容量107

941物理退化中继多址信道107

942相对物理退化中继多址信道108

小结108

第10章利用RLDPC矩阵实现无线传感网数据收集109

101感知矩阵基础111

1011感知矩阵的性能指标111

1012观测的Tanner图111

1013RLDPC矩阵112

102RLDPC矩阵的构造113

1021构造的理论基础113

1022RLDPC矩阵构造算法114

1023所构造的RLDPC矩阵的性能分析116

103基于所构造RLDPC矩阵的无线传感网数据收集方法117

1031基于感知矩阵的无线传感网数据收集模型117

1032基于RLDPC的无线传感网数据收集方法118

104实验结果118

1041有无噪声下的观测重构118

1042不同稀疏度的观测重构122

1043基于四种感知矩阵的WSNs数据收集能耗123

小结125

第11章利用RC和CS的可靠且高能效无线传感网数据收集126

111相关工作127

1111LT码127

1112压缩感知128

112结合LT码与CS的无线传感器网络数据采集129

1121通过观测矩阵实现无线传感器网络数据采集的
模型129

1122所提数据收集方法129

113实验结果131

1131不同稀疏度随机稀疏信号的重构性能132

1132不同长度随机稀疏信号的重构性能133

1133LT和LT+CS下的重构性能134

1134LT和LT+CS下的能耗和存储空间136

小结138

第12章通过CS和CV的无线传感网含噪数据收集139

121引言139

122相关工作141

1221压缩感知141

1222压缩感知在WSNs中的应用142

1223交叉验证143

123所提数据收集方法143

1231基于CS的WSNs数据收集模型143

1232CV判断方法144

1233CSCV数据收集方法144

124数值结果145

小结147

第13章融合群智感知的WSNs数据收集149

131混合网络设计151

132混合网络性能仿真157

小结159

参考文献160
？

李勇，男，山西大同大学计算机与网络工程学院教授，博士，主讲《面向对象程序设计》(C++)和《华为认证HCIA-Big Data》课程，已公开发表学术论文30多篇，其中被SCI、EI、CSSCI和ISTP检索收录20余篇；主持和参与各类科研和教研项目20余项，其中参与完成教育部项目2项，主持和参与完成省级课题5项；在国家级出版社出版著作和规划教材各1部。

本书针对无线通信模型干扰信道和中继信道两个通信理论研究热点，利用编码技术确立两种信道在特定参数条件下的信道容量；针对无线通信应用研究热点之一的无线传感器网络，系统论述利用LDPC码、LT码、压缩感知等编码技术实现无线传感器网络高效数据收集的方法。