專利名稱：一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
相比于有線通信，無線通信最顯著的特點是其具有廣播的特性，即一個發(fā)送節(jié)點發(fā)送的電磁波信號可以被多個節(jié)點同時接收到。同樣地，一個接收節(jié)點也可能同時接收到來自多個發(fā)送節(jié)點發(fā)送的信號。無線通信的這種廣播特性會引起信號間的相互干擾，給整個通信過程造成負(fù)面的影響。例如在傳統(tǒng)的802. 11網(wǎng)絡(luò)中，由于存在一跳的包與另一臨近跳的包在同一個業(yè)務(wù)流中碰撞的“干擾”現(xiàn)象，對于一個包含多跳的網(wǎng)絡(luò)來說，它的理論吞吐量還不及單跳時的1/4。所以，在當(dāng)今大多數(shù)無線通信系統(tǒng)的設(shè)計過程中都會盡力避免或者減少這種信號間的相互干擾。據(jù)此蔡寧和李碩彥等人提出了網(wǎng)絡(luò)編碼(Network Coding, NC)的概念，旨在利用中間節(jié)點的計算能力對轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進行混合計算，以此獲得網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸能力。隨著研究的進一步深入，網(wǎng)絡(luò)編碼在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、改善負(fù)載均衡、減少傳輸延遲、節(jié)省節(jié)點能耗等方面較傳統(tǒng)通信顯示出其優(yōu)越性。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)被認(rèn)為是本世紀(jì)通信領(lǐng)域中的一項重大突破，它受到了國際學(xué)術(shù)界和科研機構(gòu)的廣泛關(guān)注，并在此基礎(chǔ)上獲得了大量的理論及應(yīng)用研究成果。其中最引人注目的成果應(yīng)該是Liew等人在2006年提出的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(Physical-layer NetworkCoding,PNC)。物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的基本思想是基于網(wǎng)絡(luò)編碼在物理層的實現(xiàn)，即通過正確的調(diào)制解調(diào)技術(shù)實現(xiàn)中繼節(jié)點的電磁波信號的疊加向伽羅華域數(shù)據(jù)比特流的邏輯運算的轉(zhuǎn)換，從而可以得到更好的傳輸性能。相比于傳統(tǒng)傳輸方式和現(xiàn)已相當(dāng)成熟的網(wǎng)絡(luò)編碼方式，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)已經(jīng)顯現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性，它既獲得更大的系統(tǒng)吞吐量增益，減少傳輸延遲，同時由于物理鏈路層傳輸?shù)氖呛铣尚盘?，所以也提高了物理層面的機密性。這些以往技術(shù)所不能比擬的優(yōu)點使得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。目前對于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的研究大多還僅限于由三個節(jié)點組成的線性網(wǎng)絡(luò)，涉及多個用戶節(jié)點的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方式的研究還比較少，對于這種情況下的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的特性還缺乏了解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了實現(xiàn)在含有多個用戶節(jié)點但只有一個中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線信號傳輸，從而提供一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通/[目方法。一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征是含有N個用戶節(jié)點且只有一個中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中，N為大于或等于2的整數(shù)，它的無線通信方法由以下步驟實現(xiàn)
步驟一、分別產(chǎn)生N個用戶的編碼比特信息S1J2-Sn，并對所述N個用戶的編碼比特信息Si、S2…Sn分別進行MFSK調(diào)制，獲得N個用戶的調(diào)制后信號S1 (t)、S2 (t)…Sn(t)；步驟二、將步驟一中獲得的N個用戶的調(diào)制后信號S1 (t)、S2⑴…Sn⑴同時發(fā)送至中繼節(jié)點R ;所述中繼節(jié)點R將收到的N個用戶的調(diào)制后信號SJt)、S2(t)吣5,(0相加，獲得和信號rK(t)；步驟三、中繼節(jié)點R根據(jù)預(yù)設(shè)的判決規(guī)則對步驟二中獲得的和信號rK(t)進行判決，獲得判決信號 )，并將所述判決信號映射為網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk ；步驟四、中繼節(jié)點R將步驟中獲得的網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk進行MFSK調(diào)制，獲得調(diào)制后的信號Sk (t)，并將該調(diào)制后的信號Sk(t)向N個用戶廣播；步驟五、N個用戶分別對中繼節(jié)點廣播的調(diào)制信號Sk(t)進行MFSK解調(diào)，每個用戶均獲得解調(diào)后的網(wǎng)絡(luò)編碼信息； 步驟六、中繼節(jié)點R向N個用戶廣播第i個用戶的調(diào)制信號；所述i為小于或等于N正整數(shù)，且i的初始值為I ;步驟七、N個用戶分別對接收到的第i個用戶的調(diào)制信號進行MFSK解調(diào)，獲得第i個用戶的編比特信息；步驟八、將i的值加I，并判斷加I后i的值是否小于或等于N-I，如果判斷結(jié)果為是，則返回執(zhí)行步驟六；如果判斷結(jié)果為否，則將N個用戶的編比特信息與解調(diào)后的網(wǎng)絡(luò)編碼信息按位進行比特異或運算，獲得每個用戶的比特信息，完成對N個用戶的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼，從而實現(xiàn)在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，減少了 N個用戶通過中繼節(jié)點進行信息交換所需的時隙數(shù)目，相比于傳統(tǒng)傳輸方式下的2N個時隙，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方式僅需N+1個時隙就能實現(xiàn)這N個用戶節(jié)點之間的信息交換過程，通過壓縮所需時隙的數(shù)目，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼可以提高系統(tǒng)的整體性能。本發(fā)明成功實現(xiàn)了在含有多個用戶節(jié)點但只有一個中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線信號傳輸。


圖I是多用戶單中繼網(wǎng)絡(luò)分解為三節(jié)點線性網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中N = 2k ;圖2是三節(jié)點線性網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中實線表示時隙一；虛線表示意時隙-* ;圖3是由N個用戶節(jié)點和一個中繼節(jié)點組成物理層網(wǎng)絡(luò)編碼網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是N+1個節(jié)點進行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的第一個時隙的信號傳輸示意圖；圖5是N+1個節(jié)點進行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的第二個時隙的信號傳輸示意圖；圖6是N+1個節(jié)點進行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的第三個時隙的信號傳輸示意圖；圖7是N+1個節(jié)點進行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的第四個時隙的信號傳輸示意圖；圖8是每個用戶的和信號rK(t)在中繼節(jié)點R處的判決原理示意圖；圖9是在含有3個用戶節(jié)點的實際系統(tǒng)中進行基于2FSK調(diào)制的PNC的判決原理示意圖；圖10是3個用戶節(jié)點進行基于2FSK調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的判決原理示意圖；圖11是3個用戶完全同步時基于2FSK調(diào)制的PNC的平均誤比特率的仿真結(jié)果示意圖；圖12是3個用戶依次錯開Te/2時基于2FSK調(diào)制的PNC的平均誤比特率的仿真結(jié)果示意圖；圖13是傳統(tǒng)傳輸方式和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方式的信道容量的仿真結(jié)果示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，含有N個用戶節(jié)點且只有一個中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中，N為大于或等于2的整數(shù)，它的無線通信方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、分別產(chǎn)生N個用戶的編碼比特信息S1J2-Sn，并對所述N個用戶的編碼比
特信息Sp S2…Sn分別進行MFSK調(diào)制，獲得N個用戶的調(diào)制后信號S1 (t)、S2 (t)…Sn (t)；步驟二、將步驟一獲得的N個用戶的調(diào)制后信號Sjt)、S2(t)-SN(t)同時發(fā)送至中繼節(jié)點R ;所述中繼節(jié)點R將收到的N個用戶的調(diào)制后信號S1 (t)、S2(t)夂3力)相加，獲得和信號1^(0 ；步驟三、中繼節(jié)點R根據(jù)預(yù)設(shè)的判決規(guī)則對步驟二獲得的和信號rK(t)進行判決，獲得判決信號 )，并將所述判決信*廠^映射為網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk ；步驟四、中繼節(jié)點R將步驟中獲得的網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk進行MFSK調(diào)制，獲得調(diào)制后的信號Sk (t)，并將該調(diào)制后的信號Sk(t)向N個用戶廣播；步驟五、N個用戶分別對中繼節(jié)點廣播的調(diào)制后的信號Sk(t)進行MFSK解調(diào)，每個用戶均獲得解調(diào)后的網(wǎng)絡(luò)編碼信息；步驟六、中繼節(jié)點R向N個用戶廣播第i個用戶的調(diào)制信號；所述i為小于或等于N正整數(shù)，且i的初始值為I ;步驟七、N個用戶分別對接收到的第i個用戶的調(diào)制信號進行MFSK解調(diào)，獲得第i個用戶的編比特信息；步驟八、將i的值加1，并判斷加I后i的值是否小于或等于N，如果判斷結(jié)果為是，則返回執(zhí)行步驟六；如果判斷結(jié)果為否，則將N個用戶的編比特信息與解調(diào)后的網(wǎng)絡(luò)編碼信息按位進行比特異或運算，獲得每個用戶的比特信息，完成對N個用戶的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼，從而實現(xiàn)在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信。優(yōu)選的，為了提高系統(tǒng)的工作效率，在進行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼時N個用戶應(yīng)盡量使用數(shù)據(jù)量基本相同的數(shù)據(jù)幀，即N個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)幀的長度應(yīng)該相等。更進一步地，為了使這個多用戶系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定地工作，在N個用戶節(jié)點和中繼節(jié)點R處均應(yīng)進行功率控制，通過采用功率控制技術(shù)，避免了用戶發(fā)送的信號到達中繼節(jié)點時不會因為太小或者太大，以至于超過中繼節(jié)點的接收機的處理門限而不能被處理的情況。同時，對用戶發(fā)送的已調(diào)信號進行功率控制，還可以保證在它們到達中繼節(jié)點時都可以被檢測到，而不會出現(xiàn)某一路信號因為功率太低而完全被其它信號湮沒的情況。對中繼節(jié)點的發(fā)送信號進行功率控制的原因與對用戶節(jié)點進行功率控制的想法相同，同樣是為了防止因為中繼節(jié)點發(fā)送的已調(diào)信號超出了用戶節(jié)點的接收機的判決門限而不能被正確接收的情況發(fā)生。優(yōu)選的，為了使各個節(jié)點的發(fā)送過程與接收過程能在不同的時隙進行，所有節(jié)點均應(yīng)采用半雙工的工作方式，即在一個時隙內(nèi)，每個節(jié)點，無論是用戶節(jié)點還是中繼節(jié)點只能處于發(fā)送狀態(tài)或者接收狀態(tài)中的一種。其實，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼也可以應(yīng)用在全雙工方式，只是系統(tǒng)的復(fù)雜性提高，此時節(jié)點的收發(fā)過程可在一個時隙內(nèi)完成，與半雙工方式不同的是，此時接收和發(fā)送過程不能共用同一個信道(或者共用同一個信道但使用不同的編碼來區(qū)分)，中繼節(jié)點接收本時隙的用戶信息，同時廣播上一個時隙用戶的網(wǎng)絡(luò)編碼信息。原理對于由N個用戶節(jié)點和一個中繼節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)，可以按照圖I中所示的方法將之分解為多個三節(jié)點線性網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，此時，這N個用戶信息的交換過程可以通過這些三節(jié)點線性網(wǎng)絡(luò)來完成，顯然這種每次只選擇一個三節(jié)點線性網(wǎng)絡(luò)進行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的方法的工作效率是很低的。為此，本專利發(fā)明了一種直接對這個多節(jié)點網(wǎng)絡(luò)進行物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的方法，它是基于多 進制頻率鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法，雖然本專利研究的多用戶網(wǎng)絡(luò)中僅含有一個中繼節(jié)點，但這種基于多進制頻率調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法對于包含更多中繼節(jié)點的情況也是可行的。如圖3所示，1、2···Ν表示接入網(wǎng)絡(luò)的N個用戶節(jié)點，S1'Sn分別表示用戶I、2…N要發(fā)送的比特信息，在實際系統(tǒng)中，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸效率并便于在物理層以上對數(shù)據(jù)進行處理，應(yīng)該以數(shù)據(jù)幀或數(shù)據(jù)包的形式來傳輸信息，本專利為分析方便，特將一幀或者一個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)分解為一個個的信息比特，并且在比特級別上對整個基于多進制頻率鍵控的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的過程進行分析；R是該網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點，在這個由N個用戶節(jié)點但是只有一個中繼節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)中，正是由于有了中繼節(jié)點R的存在，才使得這個基于多進制頻率鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼成為可能，Se表示經(jīng)由R映射得到的網(wǎng)絡(luò)編碼信息。在這個由N個用戶節(jié)點和一個中繼節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)中，基于多進制頻率鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼過程包含(Ν+1)個傳輸時隙。為了盡可能詳盡地說明的整個編碼的流程，如圖4所示，本專利給出了在這個包含(Ν+1)個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)進行基于多進制頻率鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的工作過程。接下來，本專利將按時隙來分別對這種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的工作過程予以詳細(xì)說明。這個包含(Ν+1)個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)在第一個時隙的工作過程主要包含以下三個關(guān)鍵步驟。步驟一、產(chǎn)生N個用戶的編碼比特信息Sp Sn，并對Sp Sn分別進行MFSK調(diào)制，得到調(diào)制后的信號S1 (t)、S2 (t)…Sn (t)。為了盡可能使用戶1、2…N發(fā)送的消息和它們經(jīng)歷的信道條件相匹配，使信道中傳輸?shù)男畔⒘窟_到最大，也即為了提高信息傳輸?shù)挠行?，通常的做法是對信源進行有效性編碼(比如說PCM編碼、偽噪聲編碼等)，使信源的分布更加接近高斯白噪聲的分布，從而達到增加信源熵的目的。另外，為了能夠在接收端對傳輸過程中產(chǎn)生的誤碼進行可能的糾錯，在實際應(yīng)用中，還會對信源加入糾錯編碼(例如分組碼、卷積碼等)，這樣做雖然降低了信源的編碼效率并使系統(tǒng)的復(fù)雜度增加，但由于在接收端可以對收到的碼元進行檢錯和糾正，可以帶來一定編碼增益，因此，糾錯編碼非常適用于那些對誤碼率有一定要求的場合。這N個用戶既可以進行信源編碼也可以進行信道編碼，還可以將二者結(jié)合起來使用，本專利在對基于二進制頻率鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼進行仿真時沒有考慮糾錯編碼，因此，仿真得出的抗噪聲性能還可以得到改善。對于陸地移動通信這樣的可變參數(shù)信道，由于可能存在的持續(xù)較長時間的深衰落的影響，比特差錯經(jīng)常是成串發(fā)生的，然而信道編碼僅在檢測和校正單個差錯和不太長的差錯串時才有效。交織技術(shù)可以很好的解決這樣一類問題，通過比特交織，可以把一條消息中的相繼比特分散開，即將一條消息中的相繼比特以非相繼方式被發(fā)送，這樣在傳輸過程中即使發(fā)生了成串差錯，恢復(fù)成一條相繼比特串的消息時，成串差錯就變成了單個差錯，這時再用利糾錯編碼的糾錯功能來糾正差錯，就可以恢復(fù)出原來的發(fā)送信息。對于用戶1、2···N發(fā)送的消息序列也可以采用交織的思想，以進一步提高多用戶物理層網(wǎng)絡(luò)編碼抗深度衰落的能力。頻率鍵控調(diào)制是當(dāng)前得到廣泛應(yīng)用的調(diào)制技術(shù)之一，它是用載波的頻率表示調(diào)制信息的一種較高效的調(diào)制技術(shù)，相比于其它的調(diào)制方式(幅度鍵控ASK，正交幅度調(diào)制QAM，相位調(diào)制PSK等)，頻率鍵控調(diào)制的抗噪聲能力更強。而且由于多進制調(diào)制具有更多的狀態(tài)數(shù)，可以表示的信息量更大，因此更高階數(shù)調(diào)制技術(shù)必將成為未來高速通信系統(tǒng)中調(diào)制方式的首選。為此，發(fā)明一種能將多進制頻移鍵控調(diào)制與物理層網(wǎng)絡(luò)編碼進行聯(lián)合調(diào)制的技術(shù)具有重要的實際意義。步驟二、將N個用戶的已調(diào)信息S1U)、S2(t) "AnU)同時向中繼節(jié)點R發(fā)送，中繼節(jié)點R將收到的S1 (t)、S2 (t)…Sn (t)直接相加得到和信號rK(t)。為了使到達中繼節(jié)點R的時刻盡可能相同(這有這樣，它們同相相加后才能獲得最大的和信號)，除了它們所經(jīng)歷的鏈路條件要盡可能相同外，用戶I、2…N發(fā)送信號的時刻也要盡可能的相同。本專利只考慮了 N個用戶1、2…N各自只有一根發(fā)送天線的情形，實際上為了改善系統(tǒng)的性能，可以給N個用戶各自配備多根發(fā)射和接收天線，同時也給中繼節(jié)點分配多根接收和發(fā)射天線，利用最新提出的多天線技術(shù)(Multiple-Input Multiple-Output, ΜΙΜΟ)提高信道的容量，同時也可以提高信道的可靠性，降低誤碼率，前者是利用MIMO信道提供的空間復(fù)用增益，后者是利用MIMO信道提供的空間分集增益。發(fā)自N個用戶1、2"4的已調(diào)信號51(0、52(0"41<(0到達中繼節(jié)點R后，無需進行MFSK解調(diào)，而是直接相加得到由S1U)、S2⑴…Sn⑴組成的混合信號(和信號)。這是物理層網(wǎng)絡(luò)編碼有別于網(wǎng)絡(luò)編碼之處，網(wǎng)絡(luò)編碼是中繼節(jié)點對收到的來自每一個用戶的信息分別進行解調(diào)和判決，得出每一個用戶所對應(yīng)的比特信息，然后對得到的所有用戶的比特信息進行異或運算，并將這個結(jié)果作為網(wǎng)絡(luò)編碼的信息再向各個用戶廣播。步驟三、中繼節(jié)點R根據(jù)特定的判決規(guī)則對接收到的和信號rK(t)進行判決得到判決信號—，并將映射為網(wǎng)絡(luò)編碼信息sR。中繼節(jié)點R接收到和信號rK(t)以后，應(yīng)對rK(t)進行判決，判決過程如圖8所示。中繼節(jié)點R直接將和信號rK(t)判決為W，這一判決過程是可以在實際系統(tǒng)中存在的如圖9，是對rK(t)真實的判決。即通過設(shè)置合適的判決門限，對rK(t)的不同種情況進行區(qū)分，以便得出網(wǎng)絡(luò)編碼信息SK。在N個用戶1、2…N發(fā)送彼此信息的先驗概率相等的情況下，為了使基于多進制頻率鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼具有最好的抗噪聲性能，本專利采用最大似然譯碼準(zhǔn)則(Maximum Likelihood, ML)對rR(t)進行譯碼。
本專利以為N = 3例詳細(xì)說明該判決過程，假設(shè)3個用戶均采用2FSK調(diào)制方式，圖7中給出了此時所有可能的映射過程，(fi; fj; fk)表示3個用戶實際發(fā)送的已調(diào)信號，fi n fj n fk表示經(jīng)過中繼節(jié)點R判決出的3個用戶的發(fā)送信號，其中i，j，k = 0，I。為了在中繼節(jié)點R處獲得最小差錯概率，本專利將判決規(guī)則設(shè)計如下。當(dāng)Χι-Χ(ι> δ時，則認(rèn)為中繼節(jié)點R收到的和信號rK(t)中只含有頻率Sf1的調(diào)制后信號，而不管和信號1^(0具體的構(gòu)成，即= 門當(dāng)Xtl-X1) δ時，則認(rèn)為中繼節(jié)點R收到的和信號rK(t)中只含有頻率為&的調(diào)制后信號，即=OO=Xn^n/,；當(dāng)Xtl-X1 > O且Xtl-X1 < δ時，則認(rèn)為中繼節(jié)點R收到的和信號rK(t)中含有的頻率分量分別為fci，fo和，即I (y) =_/Π/ο門/0;
當(dāng)X1-Xtl > O且X1-Xci < δ時,貝U認(rèn)為中繼節(jié)點R收到的和信號rK(t)中含有的頻率分量分別為f\，f和fo，即^ = /門./(1_/；。根據(jù)圖8給出的判決過程判決出N個用戶發(fā)送的和信號;^以后可能等于rE(t)，也可能不等)，需要將@進一步映射為信息比特，以完成整個物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的映射過程。本專利給出一種基于多進制頻移鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的映射方法，這需要設(shè)計合適的映射準(zhǔn)則，以便將^映射為網(wǎng)絡(luò)編碼信息SK。具體來說就是，通過對和信號rK(t)的判決結(jié)果;^進行分析，我們可以知道N個用戶發(fā)送已調(diào)信號的具體形式，進而可以推知用戶1、2…N發(fā)送的比特信息，假設(shè)為rnptv··!!^!!^、!!^…叫均為二進制數(shù))，再對!!^、!!^…叫按位進行異或運算,此時一定可以得到一個新的二進制數(shù)mk，mk就是我們要得到的網(wǎng)絡(luò)編碼信息SK。至此，基于多進制頻移鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在第一個時隙內(nèi)的三個子過程已經(jīng)敘述完畢，接著我們要對基于多進制頻移鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在其它N個時隙內(nèi)的工作過程進行分析。。步驟四、中繼節(jié)點R將Sk重新進行MFSK調(diào)制，并向用戶I、2…N廣播Sk經(jīng)過調(diào)制后的信號Sk (t)。為了將在第一個時隙內(nèi)得到的網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk發(fā)送給用戶1、2…N，在第二個時隙，我們需對Sk重新進行調(diào)制，為了保證系統(tǒng)制式的統(tǒng)一，減少系統(tǒng)開銷，本專利仍然選用多進制頻移鍵控調(diào)制。其它的調(diào)制方式(例如MQAM調(diào)制，MPSK調(diào)制等)，也可以實現(xiàn)這一過程，前提是只要用戶知道中繼節(jié)點具體選用的是何種調(diào)制方式，這種上行(從用戶節(jié)點到中繼節(jié)點)和下行(從中繼節(jié)點到用戶節(jié)點)鏈路選用不同調(diào)制方式的情形在實際系統(tǒng)中也是很常見的，因此研究這種特殊的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)對于實現(xiàn)不同調(diào)制類型的網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)或者同一類型的網(wǎng)絡(luò)不同調(diào)制方式的鏈路進行互聯(lián)等情形具有非常重要的實際意義。為了盡可能減少信息傳輸所需的時隙數(shù)目，從而達到提高傳輸效率的目的，中繼節(jié)點R在向用戶1、2…N發(fā)送消息時可以選用廣播的方式，即中繼節(jié)點R同時向N個用戶發(fā)送網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk經(jīng)過MFSK調(diào)制后的信號Sk (t)。步驟五、用戶1、2…N分別對接收到的SK(t)進行MFSK解調(diào)得到SK。用戶1、2···Ν接收到廣播信號^⑴以后，各自分別對SK(t)進行解調(diào)，以便得到網(wǎng)絡(luò)編碼信息SK。SK(t)選用何種類型的調(diào)制方式，解調(diào)時仍需選用同樣的調(diào)制方式，否則不能很好的解調(diào)出調(diào)制信息。本專利中&(0是經(jīng)由MFSK調(diào)制方式得到的，因此解調(diào)時仍需選用MFSK調(diào)制方式對Sk (t)進行解調(diào)。步驟六、中繼節(jié)點R向用戶1、2…N廣播用戶I的已調(diào)信息S1U)。想要得到所有其它(N-I)個用戶的發(fā)送信息，僅僅依靠基于多進制頻移鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的第一個時隙和第二個時隙是不可能實現(xiàn)的，為此，我們需要增加時隙的數(shù)目?？梢灶A(yù)見，在基于多進制頻移鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的第三個時隙，中繼節(jié)點R應(yīng)繼續(xù)向用戶1、2···Ν廣播信息。在這里，我們讓中繼節(jié)點R向用戶1、2…N廣播信息用戶I的已調(diào)信息S1U)。步驟七、用戶1、2…N分別對收到的SJt)進行MFSK解調(diào)得到用戶I的比特信息S1;緊接步驟六，用戶1、2…N接收到用戶I的信號Sl(t)以后，與解調(diào)SK(t) —樣，各 自分別對S1U)進行解調(diào)，得到用戶I的發(fā)送信息Si。步驟八、將步驟六和步驟七的過程重復(fù)(N-I)次后，將得到的用戶信息Sp S2-Sn與網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk進行按位比特異或運算，得到第N個用戶的比特信息Sn，從而完成物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的整個過程。從基于多進制頻移鍵控調(diào)制的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的第三個時隙開始直到第(N+1)個時隙結(jié)束，這(N-I)個時隙主要是被中繼節(jié)點R向用戶1、2…N依次廣播用戶信息SpS2-Sn^1的過程。這主要表現(xiàn)為中繼節(jié)點R按時隙依次向N個用戶廣播已調(diào)信號S1 (t)、S2(t)…SN(t)，用戶I、2…N不斷進行MFSK解調(diào)獲得S1' S2... Sm。對于用戶1、2…N來說，它們在向中繼節(jié)點R發(fā)送自己信息的同時，在它們的本地緩存中要復(fù)制保留一份同樣地發(fā)送信息，這樣既可保證當(dāng)傳輸過程出現(xiàn)不可糾正的誤碼時，能夠快速重發(fā)，同時這對物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的譯碼過程也具有非常重要的作用。以用戶I為例，當(dāng)它通過對Sk (t)和進行MFSK解調(diào)得到網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk和用戶信息Sp S^Sim以后，將Sp S^Sim與儲存在用戶I本地緩存中的發(fā)送信息S1 (可以將收到的S1視作對本地信號的一種加強)進行按位比特異或操作，即可得到第N個用戶的發(fā)送信息，這里是比特級的，對于更高級別的情況(幀，包等)也是一樣的。從第四個時隙到第(N+1)個時隙，通過接收廣播信號，用戶I獲得用戶信息Sp S^Sim，最后第N個用戶信息Sn的獲取不需要再增加時隙，只需通過下面的運算即可得到。Sr Φ S\ Φ S2 Λ、… Λ (￥_1 = Λ; … Θ Sn- φ … Sv 1 = Λ1 ν其它用戶獲取信息的情況與用戶I類似，這里不再贅述。至此，經(jīng)過(Ν+1)個時隙，用戶1、2…N彼此之間就完成了一次信息的交換過程。為了檢驗發(fā)明的效果，以3個用戶為例，使用MATLAB對基于2FSK的PNC的平均誤比特率進行了仿真，并與它的理論曲線作對比。仿真參數(shù)的設(shè)置如表I所示，仿真結(jié)果在圖11中給出。表I
權(quán)利要求
1.一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征是含有N個用戶節(jié)點且只有一個中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中，N為大于或等于2的整數(shù)，它的無線通信方法由以下步驟實現(xiàn) 步驟一、分別產(chǎn)生N個用戶的編碼比特信息SpS2. . . Sn，并對所述N個用戶的編碼比特信息S1' S2. Sn分別進行MFSK調(diào)制，獲得N個用戶的調(diào)制后信號S1 (t)、S2⑴ Sn⑴； 步驟二、將步驟一獲得的N個用戶的調(diào)制后信號S1U)、S2(t). . . Sn(t)同時發(fā)送至中繼節(jié)點R ;所述中繼節(jié)點R將收到的N個用戶的調(diào)制后信號S1 (t)、S2 (t). . . Sn (t)相加，獲得和信號rK(t)； 步驟三、中繼節(jié)點R根據(jù)預(yù)設(shè)的判決規(guī)則對步驟二獲得的和信號rK(t)進行判決，獲得判決信號并將所述判決信號@映射為網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk ； 步驟四、中繼節(jié)點R將步驟三中獲得的網(wǎng)絡(luò)編碼信息Sk進行MFSK調(diào)制，獲得調(diào)制后的信號Sk (t)，并將該調(diào)制后的信號Sk(t)向N個用戶廣播； 步驟五、N個用戶分別對中繼節(jié)點廣播的調(diào)制后的信號Sk(t)進行MFSK解調(diào)，每個用戶均獲得解調(diào)后的網(wǎng)絡(luò)編碼信息； 步驟六、中繼節(jié)點R向N個用戶廣播第i個用戶的調(diào)制信號；所述i為小于或等于N正整數(shù)，且i的初始值為I ; 步驟七、N個用戶分別對接收到的第i個用戶的調(diào)制信號進行MFSK解調(diào)，獲得第i個用戶的編比特信息； 步驟八、將i的值加1，并判斷加I后i的值是否小于或等于N-I (傳輸用戶1，2. . . N-I的消息即可，不用傳輸用戶N的信息)，如果判斷結(jié)果為是，則返回執(zhí)行步驟六；如果判斷結(jié)果為否，則將N個用戶的編比特信息與解調(diào)后的網(wǎng)絡(luò)編碼信息按位進行比特異或運算，獲得每個用戶的比特信息，完成對N個用戶的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼，從而實現(xiàn)在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于N = 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于步驟三中所述預(yù)設(shè)的判決規(guī)則為 當(dāng)X1-Xtl > 6時，則認(rèn)為中繼節(jié)點R收到的和信號rK(t)中只含有頻率為的調(diào)制后信號，而不管和信號4(0具體的構(gòu)成，即= 門 當(dāng)Xtl-X1 > 6時，則認(rèn)為中繼節(jié)點R收到的和信號rK(t)中只含有頻率為&的調(diào)制后信號，即^o=/on/0n/ ； 當(dāng)Xtl-X1 > O且Xtl-X1 < 6時，則認(rèn)為中繼節(jié)點R收到的和信號rK(t)中含有的頻率分量分別為fo，f。和，即777)=(門/0門/0; 當(dāng)X1-Xtl > O且X1-Xtl < 6時，則認(rèn)為中繼節(jié)點R收到的和信號rK(t)中含有的頻率分量分別為f\，和f。，即^ruru。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于在無線通信方法中N個用戶發(fā)送數(shù)據(jù)幀的長度相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于在無線通信方法中采用控制控制技術(shù)對N個用戶和中繼節(jié)點R的功率進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于N個用戶和中繼節(jié)點R均采用半雙工的工作方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于N個用戶和中繼節(jié)點R均采用全雙工的工作方式。
全文摘要
一種在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，涉及一種無線通信領(lǐng)域。是為了實現(xiàn)在含有多個用戶節(jié)點但只有一個中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)中基于物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線信號傳輸。其方法產(chǎn)生N個用戶的編碼比特信息，并進行MFSK調(diào)制并向中繼節(jié)點發(fā)送，中繼節(jié)點直接相加得到和信號并進行判決后映射為網(wǎng)絡(luò)編碼信息，并進行MFSK調(diào)制后廣播；N個用戶分別對接收到的進行MFSK解調(diào)；中繼節(jié)點逐一廣播用戶的調(diào)制后信息，N個用戶分別對該調(diào)制后信息進行MFSK解調(diào)；最終將得到的用戶信息與網(wǎng)絡(luò)編碼信息進行按位比特異或運算，完成物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的整個過程，從而實現(xiàn)在多用戶信道中實現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信。本發(fā)明適用于無線通信。
文檔編號H04L1/00GK102983945SQ201210519789
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者于啟月, 張德有, 孟維曉, 劉濤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)