基于信息论的多址接入信道用户协作关系的建立与识别

发布时间：2017-03-29 11:03

  本文关键词：基于信息论的多址接入信道用户协作关系的建立与识别，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着通信网络的发展,信息论的研究开始由点对点的简单场景向多用户的场景演进,多用户信息论成为信息论领域内的研究热点。传统的多用户信息论重点关注消息在网络中的存储和传输。但网络中还存在一大类不以恢复消息为目的,而是旨在通过用户间的信息交互实现特定任务的问题,例如分布式计算、用户关系的协调等。这些特定任务的执行,有赖于节点之间显式或隐式的通信过程,但却无需传递节点完整的状态信息。此类与任务结构有关的通信与传统多用户信息论的研究有显著区别,近年来受到了广泛关注。本文从应用中抽象出了一类以建立和识别用户协作关系为目的的多用户通信问题,并在多址接入二进制信道环境下,基于信息论的研究范式,开展了为建立和识别用户协作关系所需的通信开销界限的理论研究。主要工作包含三部分:第一,根据多址接入中多用户冲突的分布式协调机制,建模了一类用户划分关系的建立问题,并提出了一种图论表达方法,将用户及其状态建模成超图,划分的目标可看作对超图的强着色,通信过程可看作对该超图的一系列删边操作。该方法揭示了信息在划分关系建立中所起的作用。进而,在理想多址接入二进制信道下,利用信源编码导出的穷举法、随机编码两种方法,给出了建立划分关系所需通信开销的可达界,其开销比以消息传输为目的的通信开销小;第二,在有噪声多址接入二进制信道下,提出了一种基于强典型集的联合边构造方法,以及解决噪声导致的删边错误问题。并在随机编码框架下,利用问题的Markov结构给出了建立划分关系所需通信开销的可达界,其开销比以消息传输为目的的通信开销小;第三,建模了一类多址接入二进制信道下用户协作模式的主动识别问题。将用户及其通信关系用加权图表达,则系统可能的协作模式可看作是一组先验已知的加权图,我们的目标是利用用户间的通信,对该组加权图进行区分。在随机化编码的框架下,提出了可使用图的内部连通性指标作为识别特征,并对一类互补Paley图给出了最小通信开销的解析解,揭示了该问题与图的独立集、Discrepancy性质的联系。
【关键词】：多用户信息论 多址接入信道 协作模式 关系建立与识别
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 主要符号对照表9-11
• 第1章 绪论11-29
• 1.1 研究背景11-14
• 1.2 问题引出14-17
• 1.3 相关研究17-26
• 1.3.1 多用户信息论17-20
• 1.3.2 面向计算与协调用户行为的通信20-22
• 1.3.3 划分关系的建立问题22-25
• 1.3.4 结构识别问题25-26
• 1.4 论文的主要工作与内容安排26-29
• 第2章 理想多址接入信道下划分关系的建立29-53
• 2.1 本章引论29-30
• 2.2 系统建模30-36
• 2.2.1 多址接入二进制信道30-31
• 2.2.2 数学模型31-34
• 2.2.3 性能指标34-36
• 2.3 信源编码36-40
• 2.4 穷举方法40-42
• 2.5 随机编码及问题的超图表述42-46
• 2.5.1 随机编码及最优贝叶斯解码42-43
• 2.5.2 超图表述43-45
• 2.5.3 删边过程：从H_0到H_T45-46
• 2.6 K = 2 时随机编码方法下的可达界46-50
• 2.6.1 两种次优解码方法46-47
• 2.6.2 主要结果：K = 2 情况下T的可达界47-50
• 2.7 性能比较50-52
• 2.8 本章小结52-53
• 第3章 有噪声多址接入信道下划分关系的建立53-70
• 3.1 本章引论53-54
• 3.2 系统建模54-55
• 3.3 随机编码及有噪声情况下问题的难点55-57
• 3.3.1 随机编码55-56
• 3.3.2 超图表述与有噪声情况下的难点56-57
• 3.4 基于强典型集的次优解码方法57-62
• 3.4.1 联合边构造解码方法57-59
• 3.4.2 K = 2 情况下的简化59-62
• 3.5 通信开销的充分条件62-66
• 3.6 次优分析法框架下通信开销的必要条件66-67
• 3.7 性能比较67-68
• 3.8 本章小结68-70
• 第4章 多址接入信道下协作模式的主动识别70-86
• 4.1 本章引论70-71
• 4.2 系统建模71-74
• 4.2.1 随机化编码72-73
• 4.2.2 Chernoff信息及优化问题73-74
• 4.3 图论视角重述74-76
• 4.4 优化问题算例分析76-79
• 4.4.1 M = 2 和M = 3 的算例76-78
• 4.4.2 算例结果分析78-79
• 4.5 两个互补Paley图的特殊情况分析79-84
• 4.5.1 Paley图及其性质79-81
• 4.5.2 两互补Paley图情况下的最优解81-82
• 4.5.3 证明概要82-84
• 4.6 本章小结84-86
• 第5章 总结与展望86-89
• 5.1 工作总结86-87
• 5.2 研究展望87-89
• 参考文献89-98
• 致谢98-99
• 附录A 第2章中的数学证明99-112
• A.1 引理 2.1 的证明99-100
• A.2 定理 2.1 的证明100-102
• A.3 引理 2.2 和定理 2.3 的证明102-112
• 附录B 第3章中的数学证明112-122
• B.1 定理 3.1 的证明112-118
• B.2 定理 3.2 的证明118-122
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果122-124

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