專利名稱：一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信方法。
背景技術(shù)：
新一代無線通信要求提供高速率數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)考慮到無線通信路徑傳輸損耗的特性，多跳傳輸可以在不提聞基站發(fā)射功率的如提下，為聞速率數(shù)據(jù)傳輸提供可能。無線中繼傳輸作為一種典型的多跳傳輸體系，吸引了大量研究者的注意力。利用無線中繼，可以在不改變現(xiàn)有蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)和大小的前提下，提高小區(qū)的系統(tǒng)容量，同時(shí)為小區(qū)邊緣用戶提供更好的服務(wù)。受到硬件限制，中繼只能處于半雙工通信模式。如果不借助其他技術(shù)，直接利用中 繼進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的實(shí)際吞吐量較低。以時(shí)分雙工系統(tǒng)(Time Division Duplexing,TDD)為例，小區(qū)內(nèi)的移動(dòng)終端如果想借助中繼向基站傳輸數(shù)據(jù)，一共需要兩個(gè)時(shí)隙，第一個(gè)時(shí)隙里，終端將數(shù)據(jù)傳輸給中繼，中繼在第二個(gè)時(shí)隙將數(shù)據(jù)傳輸給基站；同樣，基站也需要兩個(gè)時(shí)隙才能完成向終端的數(shù)據(jù)傳輸。整個(gè)數(shù)據(jù)交換過程需要四個(gè)時(shí)隙。如果利用到網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，信息交換只需要三個(gè)時(shí)隙就可完成，這可以有效的提高系統(tǒng)的實(shí)際吞吐量。而基于網(wǎng)絡(luò)編碼的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼，充分利用了信號(hào)間的干擾，可以在兩個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成信息交換。隨著研究的深入，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼衍生出了兩個(gè)不同的分支模擬網(wǎng)絡(luò)編碼(Analogy Network Coding, ANC)和降噪物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(Denoise-Physical NetworkCoding, D-PNC)。在模擬網(wǎng)絡(luò)編碼體系中，中繼只對接收到的信號(hào)進(jìn)行放大和廣播，所有的信號(hào)處理過程都在信源端完成；降噪物理層網(wǎng)絡(luò)編碼則要求中繼完全的判決和解碼接收到的信號(hào)。降噪物理層網(wǎng)絡(luò)編碼避免了對中繼接收端噪聲的放大，也避免了兩個(gè)時(shí)隙噪聲的累加，因而可以得到更好地系統(tǒng)性能。當(dāng)然，因?yàn)橹欣^需要對收到的信號(hào)進(jìn)行處理，因而降噪物理層網(wǎng)絡(luò)編碼體系實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度比模擬網(wǎng)絡(luò)編碼高。在實(shí)際無線通信過程中，信道衰落會(huì)嚴(yán)重影響到物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的性能。在物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信體系中，中繼需要利用到來自不同信源節(jié)點(diǎn)的和信號(hào)，來自不同信源的信號(hào)經(jīng)歷了不同的衰落信道，引起的幅值和相位變化都是隨機(jī)且不相同的，因而基于高斯信道的接收機(jī)判決準(zhǔn)則失效。針對物理層網(wǎng)絡(luò)編碼體系中衰落引起的問題，部分學(xué)者也提出了一些解決方案。但是這些方案往往會(huì)提高大幅提高了通信體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和中繼接收機(jī)的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了消除調(diào)制信號(hào)實(shí)部和虛部之間的干擾，降低中繼接收機(jī)的復(fù)雜度，提出了一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法。本發(fā)明所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟為步驟一、第一時(shí)隙，信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對輸入的信息數(shù)據(jù)Cl1 (t)和d2(t)進(jìn)行QPSK調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)S1 (t)和s2 (t)；步驟二、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別將步驟一獲得的調(diào)制信號(hào)S1 (t)和S2 (t)進(jìn)行預(yù)編碼，獲得預(yù)編碼后信號(hào)X1 (t)和X2 (t)；步驟三、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2將獲得的預(yù)編碼后信號(hào)X1 (t)和X2 (t)進(jìn)行載波調(diào)制，得到載波調(diào)制后信號(hào)，并將得到的載波調(diào)制后信號(hào)同時(shí)發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)SR ；步驟四、中繼節(jié)點(diǎn)SR將接收到的兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)的載波調(diào)制后信號(hào)相加，獲得和信號(hào)，并對獲得的和信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)，得到載波解調(diào)后的和信號(hào)rK(t);所有調(diào)制信號(hào)都只經(jīng)歷了一個(gè)實(shí)數(shù)衰落而相位不受影響的過程；因而中繼對接收信號(hào)實(shí)部和虛部的處理可以分別進(jìn)行，且過程相同；、步驟五、中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟四得到載波解調(diào)后的和信號(hào)rK(t)根據(jù)預(yù)設(shè)的判決和映射規(guī)則進(jìn)行判決映射，求得廣播數(shù)據(jù)(11；(0 ；步驟六、中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟五獲得的廣播數(shù)據(jù)dK(t)進(jìn)行QPSK調(diào)制，獲得廣播信號(hào)Sk⑴;步驟七、系統(tǒng)進(jìn)入第二時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟六獲得的廣播信號(hào)sK(t)進(jìn)行載波調(diào)制，獲得載波調(diào)制后信號(hào)，然后將獲得的載波調(diào)制后信號(hào)向兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)廣播；步驟八、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對中繼節(jié)點(diǎn)SR廣播的調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)，信源節(jié)點(diǎn)SI獲得載波解調(diào)后信號(hào)A (t)，信源節(jié)點(diǎn)S2獲得載波解調(diào)后信號(hào)r2 (t)；步驟九、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對步驟八獲得的載波調(diào)制后信號(hào)A (t)和r2 (t)按照設(shè)定的方法進(jìn)行處理，信源節(jié)點(diǎn)SI獲得信號(hào)纟(O'信源節(jié)點(diǎn)S2獲得信號(hào)6 (/);步驟十、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別按照預(yù)先設(shè)定的判決規(guī)則進(jìn)行判決，同時(shí)獲得判決后信號(hào)d' E(t)；步驟十一、信源節(jié)點(diǎn)SI根據(jù)步驟一輸入的信息數(shù)據(jù)Cl1 (t)與步驟十獲得的判決后信號(hào)d' K(t)，進(jìn)行解映射和判決，求得信源節(jié)點(diǎn)S2輸入的信息數(shù)據(jù)(12(0的估計(jì)值d' 2( ，ακ( <(φ信源節(jié)點(diǎn)S2根據(jù)步驟一輸入的信息數(shù)據(jù)d2(t)與步驟十獲得的判決后信號(hào)d' K(t)，進(jìn)行解映射和判決，求得信源節(jié)點(diǎn)SI輸入的信息數(shù)據(jù)Cl1 (t)的估計(jì)值d' i(t)，式⑴=4⑷ 4⑷;從而實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信。本發(fā)明所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，將來自兩個(gè)不同節(jié)點(diǎn)的信號(hào)在中繼接收時(shí)保持相同的相位旋轉(zhuǎn)，消除了調(diào)制信號(hào)實(shí)部和虛部之間的干擾。采用預(yù)編碼技術(shù)可以在不增加通信體系復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，降低中繼接收機(jī)的復(fù)雜度，同時(shí)與未采用預(yù)編碼技術(shù)的的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼體系相比，系統(tǒng)的誤碼率性能也有明顯的提高，在誤碼率為10_2時(shí)，性能提高約I. 4dB，如圖4、圖5所示。


圖I為基于雙向中繼模型的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信體系示意圖，圖中實(shí)線表不時(shí)隙一的信號(hào)發(fā)送方向；虛線表不意時(shí)隙二的信號(hào)發(fā)送方向。圖2為物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信體系整體構(gòu)架第一時(shí)隙的信號(hào)處理過程示意圖。
圖3為物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信體系整體構(gòu)架第二時(shí)隙的信號(hào)處理過程示意圖。圖4為采用預(yù)編碼技術(shù)和未采用預(yù)編碼技術(shù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信系統(tǒng)的誤碼率仿真結(jié)果示意圖，其中曲線I為未采用預(yù)編碼技術(shù)的信噪比-誤碼率曲線，曲線2為采用預(yù)編碼技術(shù)信噪比-誤碼率曲線。圖5為采用預(yù)編碼技術(shù)和采用多天線技術(shù)的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信系統(tǒng)的誤碼率仿真結(jié)果示意圖，其中曲線I為采用多天線技術(shù)(MMSE)的信噪比-誤碼率曲線，曲線2為采用多天線技術(shù)(ZF)的信噪比-誤碼率曲線，
曲線3為采用預(yù)編碼技術(shù)的信噪比-誤碼率曲線。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I、圖2和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，該方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟為步驟一、第一時(shí)隙，信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對輸入的信息數(shù)據(jù)(I1U)和d2(t)進(jìn)行QPSK調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)S1 (t)和s2 (t)；步驟二、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別將步驟一獲得的調(diào)制信號(hào)S1 (t)和S2 (t)進(jìn)行預(yù)編碼，獲得預(yù)編碼后信號(hào)X1 (t)和X2 (t)；步驟三、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2將獲得的預(yù)編碼后信號(hào)X1 (t)和X2 (t)進(jìn)行載波調(diào)制，得到載波調(diào)制后信號(hào)，并將得到的載波調(diào)制后信號(hào)同時(shí)發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)SR ；步驟四、中繼節(jié)點(diǎn)SR將接收到的兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)的載波調(diào)制后信號(hào)相加，獲得和信號(hào)，并對獲得的和信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)，得到載波解調(diào)后的和信號(hào)rK(t);所有調(diào)制信號(hào)都只經(jīng)歷了一個(gè)實(shí)數(shù)衰落而相位不受影響的過程；因而中繼對接收信號(hào)實(shí)部和虛部的處理可以分別進(jìn)行，且過程相同；步驟五、中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟四得到載波解調(diào)后的和信號(hào)rK(t)根據(jù)預(yù)設(shè)的判決和映射規(guī)則進(jìn)行判決映射，求得廣播數(shù)據(jù)(11；(0 ；步驟六、中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟五獲得的廣播數(shù)據(jù)dK (t)進(jìn)行QPSK調(diào)制，獲得廣播信號(hào)Sk⑴;步驟七、系統(tǒng)進(jìn)入第二時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟六獲得的廣播信號(hào)sK(t)進(jìn)行載波調(diào)制，獲得載波調(diào)制后信號(hào)，然后將獲得的載波調(diào)制后信號(hào)向兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)廣播；步驟八、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對中繼節(jié)點(diǎn)SR廣播的調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)，信源節(jié)點(diǎn)SI獲得載波解調(diào)后信號(hào)A (t)，信源節(jié)點(diǎn)S2獲得載波解調(diào)后信號(hào)r2 (t)；步驟九、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對步驟八獲得的載波調(diào)制后信號(hào)A (t)和r2 (t)按照設(shè)定的方法進(jìn)行處理，信源節(jié)點(diǎn)SI獲得信號(hào)纟(O’信源節(jié)點(diǎn)S2獲得信號(hào)6 ( ;步驟十、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別按照預(yù)先設(shè)定的判決規(guī)則進(jìn)行判決，同時(shí)獲得判決后信號(hào)d' E(t)；步驟十一、信源節(jié)點(diǎn)SI根據(jù)步驟一輸入的信息數(shù)據(jù)Cl1 (t)與步驟十獲得的判決后信號(hào)d' K(t)，進(jìn)行解映射和判決，求得信源節(jié)點(diǎn)S2輸入的信息數(shù)據(jù)(12(0的估計(jì)值
權(quán)利要求
1.一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于，該方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟為步驟一、第一時(shí)隙，信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對輸入的信息數(shù)據(jù)Cl1 (t)和d2(t)進(jìn)行QPSK 調(diào)制，得到調(diào)制信號(hào)S1 (t)和S2 (t)；步驟二、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別將步驟一獲得的調(diào)制信號(hào)S1 (t)和S2(t)進(jìn)行預(yù)編碼， 獲得預(yù)編碼后信號(hào)X1 (t)和X2 (t)；步驟三、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2將獲得的預(yù)編碼后信號(hào)X1 (t)和X2 (t)進(jìn)行載波調(diào)制，得到載波調(diào)制后信號(hào)，并將得到的載波調(diào)制后信號(hào)同時(shí)發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)SR ；步驟四、中繼節(jié)點(diǎn)SR將接收到的兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)的載波調(diào)制后信號(hào)相加，獲得和信號(hào)， 并對獲得的和信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)，得到載波解調(diào)后的和信號(hào)rK(t)；步驟五、中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟四得到載波解調(diào)后的和信號(hào)rK(t)根據(jù)預(yù)設(shè)的判決和映射規(guī)則進(jìn)行判決映射，求得廣播數(shù)據(jù)(11；(0 ；步驟六、中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟五獲得的廣播數(shù)據(jù)dK(t)進(jìn)行QPSK調(diào)制，獲得廣播信號(hào) sE(t)；步驟七、系統(tǒng)進(jìn)入第二時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)SR對步驟六獲得的廣播信號(hào)sK(t)進(jìn)行載波調(diào)制，獲得載波調(diào)制后信號(hào)，然后將獲得的載波調(diào)制后信號(hào)向兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)廣播；步驟八、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對中繼節(jié)點(diǎn)SR廣播的調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)，信源節(jié)點(diǎn)SI獲得載波解調(diào)后信號(hào)A (t)，信源節(jié)點(diǎn)S2獲得載波解調(diào)后信號(hào)r2 (t)；步驟九、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別對步驟八獲得的載波調(diào)制后信號(hào)a (t)和r2 (t)按照設(shè)定的方法進(jìn)行處理，信源節(jié)點(diǎn)SI獲得信號(hào)纟(O，信源節(jié)點(diǎn)S2獲得信號(hào)4 (O步驟十、信源節(jié)點(diǎn)SI和S2分別按照預(yù)先設(shè)定的判決規(guī)則進(jìn)行判決，同時(shí)獲得判決后信號(hào) d' E(t)；步驟十一、信源節(jié)點(diǎn)SI根據(jù)步驟一輸入的信息數(shù)據(jù)Cl1 (t)與步驟十獲得的判決后信號(hào) d' K(t)，進(jìn)行解映射和判決，求得信源節(jié)點(diǎn)S2輸入的信息數(shù)據(jù)(12(0的估計(jì)值d' 2(t)， 4⑴⑴;信源節(jié)點(diǎn)S2根據(jù)步驟一輸入的信息數(shù)據(jù)d2(t)與步驟十獲得的判決后信號(hào)d' K(t)，進(jìn)行解映射和判決，求得信源節(jié)點(diǎn)SI輸入的信息數(shù)據(jù)Cl1 (t)的估計(jì)值 d'=從而實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)實(shí)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所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于，步驟二所述獲得預(yù)編碼后信號(hào)X1 (t)和&(0由公式
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于，步驟四所述得到載波解調(diào)后的和信號(hào)rK(t)由公式rE (t) = (|hj X1 (t) +1 h21 x2 (t)) +η。( 3 )計(jì)算獲得，其中，Iitl是加性高斯白噪聲，Ii1和h2分別是信源節(jié)點(diǎn)SI和信源節(jié)點(diǎn)S2到中繼節(jié)點(diǎn)SR的信道系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于，步驟五所述求得廣播數(shù)據(jù)dK(t)，由公式
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于，步驟六所述獲得廣播信號(hào)sK(t)的方法為中繼節(jié)點(diǎn)SR對接收信號(hào)實(shí)部和虛部的處理分別進(jìn)行，且過程相同，根據(jù)公式(3)得實(shí)部的解調(diào)信號(hào)為
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于，步驟八得到載波解調(diào)后信號(hào)A和r2’表示為:
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，其特征在于，步驟九所述信源節(jié)點(diǎn)SI獲得信號(hào) ⑴，信源節(jié)點(diǎn)S2獲得信號(hào)A⑴由公式
全文摘要
一種基于雙向中繼模型的平坦頻選衰落信道中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的無線通信方法，涉及無線通信方法。本發(fā)明消除了調(diào)制信號(hào)實(shí)部和虛部之間干擾，降低了中繼接收機(jī)的復(fù)雜度。本發(fā)明中兩個(gè)信源節(jié)點(diǎn)將信息數(shù)據(jù)進(jìn)行QPSK調(diào)制、預(yù)編碼、載波調(diào)制、再載波調(diào)制后發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)將接收的信號(hào)相加，再對和信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)后，判決映射求得廣播數(shù)據(jù)；再對廣播數(shù)據(jù)進(jìn)行QPSK調(diào)制、載波調(diào)制后廣播發(fā)送；信源節(jié)點(diǎn)將接收到廣播的載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行載波解調(diào)，信源節(jié)點(diǎn)S1和信源節(jié)點(diǎn)S2分別對載波解調(diào)后和信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，信源節(jié)點(diǎn)S1獲得信源節(jié)點(diǎn)S2發(fā)送信號(hào)的估計(jì)值，信源節(jié)點(diǎn)S2獲得信源節(jié)點(diǎn)S1發(fā)送信號(hào)的估計(jì)值完成通信。本發(fā)明用于無線通信。
文檔編號(hào)H04L1/00GK102983947SQ201210555700
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者于啟月, 羅德巳, 孟維曉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)