Các khái niệm về mã mạng lớp vật lý (Physical Network Coding) hay còn gọi tắt là PNC đã được đề xuất vào năm 2006 [11] để áp dụng cho các mạng không dây. Kể từ đó nó đã phát triển thành một lĩnh vực nhỏ của công nghệ mã mạng. Ý tưởng cơ bản của mã mạng lớp vật lý là khai thác các hoạt động mã mạng xảy ra một cách tự nhiên khi sóng
điện từ được đặt chồng lên nhau. Ý tưởng này tuy đơn giản nhưng lại có ý nghĩa rất lớn và cơ bản. Các công trình tiếp theo của các nhà nghiên cứu khác nhau đã dẫn đến nhiều kết quả mới trong các lĩnh vực:
- Thông tin liên lạc không dây - Lý thuyết thông tin không dây - Mạng không dây
Mã mạng lớp vật lý không chỉ dành cho các mạng không dây, nó cũng có thể rất hữu ích trong các mạng quang học. Trong một số nghiên cứu, thông lượng của một mạng quang thụ động (PON) có thể được nâng lên 100% khi sử dụng với mã mạng lớp vật lý.
Trong nhiều mạng không dây hiện nay, nhiễu được xem như một vấn đề lớn và ảnh hưởng tới việc truyền nhận dữ liệu. Khi nhiều trạm phát truyền sóng vô tuyến tới trạm thu, một nút nhận được tín hiệu từ trạm phát của nó cũng như từ các trạm phát khác. Các sóng vô tuyến từ các trạm phát khác thường được coi là nhiễu dẫn tới làm sai lệch tín hiệu ban đầu. Ví dụ trong mạng Wi-Fi, khi nhiều nút truyền cùng nhau, xung đột gói tin xảy ra và không gói tin nào có thể được nhận một cách chính xác.
Mã mạng lớp vật lý là một nỗ lực để xoay chuyển tình hình. Bằng cách khai thác các hoạt động mã mạng được thực hiện tự nhiên, can nhiễu có thể được sử dụng với mục đích cải thiện dung lượng kênh và độ trễ khi truyền dẫn. Trong một kênh chuyển tiếp 2 chiều, mã mạng lớp vật lý có thể tăng thông lượng hệ thống tới 100%. Khi nghiên cứu ứng dụng của mã mạng lớp vật lý trong một mô hình mạng tổng thể, ngoài những tác động của mã mạng lớp vật lý tới giao thức điều khiển truy cập môi trường, thiết kế lớp mạng cũng được quan tâm.
Khái niệm về mã mạng lớp vật lý có thể được minh họa dễ dàng trong kênh chuyển tiếp 2 chiều. Kênh chuyển tiếp 2 chiều là một mạng lưới bao gồm 3 nút, có 2 nút đầu cuối và một nút chuyển tiếp như hình vẽ:
Hình 1.8 Mô hình đơn giản 03 nút trong mạng không dây
Một ví dụ là mạng truyền hình vệ tinh, bao gồm 2 nút đầu cuối ở mặt đất, và một nút chuyển tiếp ở trên vệ tinh. Trong các hệ thống truyền thông không dây, mô hình truyền bán song công thường được áp dụng vì dễ thiết kế. Với sự hạn chế của bán song công, việc chuyển tiếp tại nút chuyển tiếp của mạng 2 chiều không thể vừa nhận dữ liệu tại một nút và truyền dữ liệu tại một thời điểm. Điều đó có nghĩa là gói dữ liệu từ nút 1 đến nút 2 và ngược lại phải sử dụng ít nhất 2 khe thời gian để tới đích. Tại một thời điểm mạng chỉ có thể nhận được một đường truyền dẫn. Ta kiểm tra số lượng khe thời gian cần thiết để cho nút 1 và 2 để trao đổi gói tin với nhau trong các hệ thống khác nhau. Và ta thấy rằng khi sử dụng mã mạng lớp vật lý có thể giảm thiểu được thời gian trễ do ta có thể truyền gói tin tổng hợp tới các nút trong cùng một thời điểm. Để hiểu rõ những tính chất và đặc điểm của mã mạng lớp vật lý ta xem xét 3 mô hình truyền dẫn theo các mục
1.4.1, 1.4.2 và 1.4.3 ở dưới đây.