专利名称：一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法
技术领域：
本发明涉及无线通信方法。
背景技术：
新一代无线通信要求提供高速率数据传输服务考虑到无线通信路径传输损耗的特性，多跳传输可以在不提闻基站发射功率的如提下，为闻速率数据传输提供可能。无线中继传输作为一种典型的多跳传输体系，吸引了大量研究者的注意力。利用无线中继，可以在不改变现有蜂窝小区结构和大小的前提下，提高小区的系统容量，同时为小区边缘用户提供更好的服务。受到硬件限制，中继只能处于半双工通信模式。如果不借助其他技术，直接利用中 继进行数据交换，系统的实际吞吐量较低。以时分双工系统(Time Division Duplexing,TDD)为例，小区内的移动终端如果想借助中继向基站传输数据，一共需要两个时隙，第一个时隙里，终端将数据传输给中继，中继在第二个时隙将数据传输给基站；同样，基站也需要两个时隙才能完成向终端的数据传输。整个数据交换过程需要四个时隙。如果利用到网络编码技术，信息交换只需要三个时隙就可完成，这可以有效的提高系统的实际吞吐量。而基于网络编码的物理层网络编码，充分利用了信号间的干扰，可以在两个时隙内完成信息交换。随着研究的深入，物理层网络编码衍生出了两个不同的分支模拟网络编码(Analogy Network Coding, ANC)和降噪物理层网络编码(Denoise-Physical NetworkCoding, D-PNC)。在模拟网络编码体系中，中继只对接收到的信号进行放大和广播，所有的信号处理过程都在信源端完成；降噪物理层网络编码则要求中继完全的判决和解码接收到的信号。降噪物理层网络编码避免了对中继接收端噪声的放大，也避免了两个时隙噪声的累加，因而可以得到更好地系统性能。当然，因为中继需要对收到的信号进行处理，因而降噪物理层网络编码体系实现的复杂度比模拟网络编码高。在实际无线通信过程中，信道衰落会严重影响到物理层网络编码的性能。在物理层网络编码通信体系中，中继需要利用到来自不同信源节点的和信号，来自不同信源的信号经历了不同的衰落信道，引起的幅值和相位变化都是随机且不相同的，因而基于高斯信道的接收机判决准则失效。针对物理层网络编码体系中衰落引起的问题，部分学者也提出了一些解决方案。但是这些方案往往会提高大幅提高了通信体系结构的复杂度和中继接收机的复杂度。
发明内容
本发明为了消除调制信号实部和虚部之间的干扰，降低中继接收机的复杂度，提出了一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法。本发明所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法的具体实现步骤为步骤一、第一时隙，信源节点SI和S2分别对输入的信息数据Cl1 (t)和d2(t)进行QPSK调制，得到调制信号S1 (t)和s2 (t)；步骤二、信源节点SI和S2分别将步骤一获得的调制信号S1 (t)和S2 (t)进行预编码，获得预编码后信号X1 (t)和X2 (t)；步骤三、信源节点SI和S2将获得的预编码后信号X1 (t)和X2 (t)进行载波调制，得到载波调制后信号，并将得到的载波调制后信号同时发送给中继节点SR ；步骤四、中继节点SR将接收到的两个信源节点的载波调制后信号相加，获得和信号，并对获得的和信号进行载波解调，得到载波解调后的和信号rK(t);所有调制信号都只经历了一个实数衰落而相位不受影响的过程；因而中继对接收信号实部和虚部的处理可以分别进行，且过程相同；、步骤五、中继节点SR对步骤四得到载波解调后的和信号rK(t)根据预设的判决和映射规则进行判决映射，求得广播数据(11；(0 ；步骤六、中继节点SR对步骤五获得的广播数据dK(t)进行QPSK调制，获得广播信号Sk⑴;步骤七、系统进入第二时隙，中继节点SR对步骤六获得的广播信号sK(t)进行载波调制，获得载波调制后信号，然后将获得的载波调制后信号向两个信源节点广播；步骤八、信源节点SI和S2分别对中继节点SR广播的调制后的信号进行载波解调，信源节点SI获得载波解调后信号A (t)，信源节点S2获得载波解调后信号r2 (t)；步骤九、信源节点SI和S2分别对步骤八获得的载波调制后信号A (t)和r2 (t)按照设定的方法进行处理，信源节点SI获得信号纟(O'信源节点S2获得信号6 (/);步骤十、信源节点SI和S2分别按照预先设定的判决规则进行判决，同时获得判决后信号d' E(t)；步骤十一、信源节点SI根据步骤一输入的信息数据Cl1 (t)与步骤十获得的判决后信号d' K(t)，进行解映射和判决，求得信源节点S2输入的信息数据(12(0的估计值d' 2( ，ακ( <(φ信源节点S2根据步骤一输入的信息数据d2(t)与步骤十获得的判决后信号d' K(t)，进行解映射和判决，求得信源节点SI输入的信息数据Cl1 (t)的估计值d' i(t)，式⑴=4⑷ 4⑷;从而实现在两个信源节点实现物理层网络编码的无线通信。本发明所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，将来自两个不同节点的信号在中继接收时保持相同的相位旋转，消除了调制信号实部和虚部之间的干扰。采用预编码技术可以在不增加通信体系复杂度的基础上，降低中继接收机的复杂度，同时与未采用预编码技术的的物理层网络编码体系相比，系统的误码率性能也有明显的提高，在误码率为10_2时，性能提高约I. 4dB，如图4、图5所示。
图I为基于双向中继模型的物理层网络编码通信体系示意图，图中实线表不时隙一的信号发送方向；虚线表不意时隙二的信号发送方向。图2为物理层网络编码通信体系整体构架第一时隙的信号处理过程示意图。
图3为物理层网络编码通信体系整体构架第二时隙的信号处理过程示意图。图4为采用预编码技术和未采用预编码技术的物理层网络编码通信系统的误码率仿真结果示意图，其中曲线I为未采用预编码技术的信噪比-误码率曲线，曲线2为采用预编码技术信噪比-误码率曲线。图5为采用预编码技术和采用多天线技术的物理层网络编码通信系统的误码率仿真结果示意图，其中曲线I为采用多天线技术(MMSE)的信噪比-误码率曲线，曲线2为采用多天线技术(ZF)的信噪比-误码率曲线，
曲线3为采用预编码技术的信噪比-误码率曲线。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图I、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，该方法的具体实现步骤为步骤一、第一时隙，信源节点SI和S2分别对输入的信息数据(I1U)和d2(t)进行QPSK调制，得到调制信号S1 (t)和s2 (t)；步骤二、信源节点SI和S2分别将步骤一获得的调制信号S1 (t)和S2 (t)进行预编码，获得预编码后信号X1 (t)和X2 (t)；步骤三、信源节点SI和S2将获得的预编码后信号X1 (t)和X2 (t)进行载波调制，得到载波调制后信号，并将得到的载波调制后信号同时发送给中继节点SR ；步骤四、中继节点SR将接收到的两个信源节点的载波调制后信号相加，获得和信号，并对获得的和信号进行载波解调，得到载波解调后的和信号rK(t);所有调制信号都只经历了一个实数衰落而相位不受影响的过程；因而中继对接收信号实部和虚部的处理可以分别进行，且过程相同；步骤五、中继节点SR对步骤四得到载波解调后的和信号rK(t)根据预设的判决和映射规则进行判决映射，求得广播数据(11；(0 ；步骤六、中继节点SR对步骤五获得的广播数据dK (t)进行QPSK调制，获得广播信号Sk⑴;步骤七、系统进入第二时隙，中继节点SR对步骤六获得的广播信号sK(t)进行载波调制，获得载波调制后信号，然后将获得的载波调制后信号向两个信源节点广播；步骤八、信源节点SI和S2分别对中继节点SR广播的调制后的信号进行载波解调，信源节点SI获得载波解调后信号A (t)，信源节点S2获得载波解调后信号r2 (t)；步骤九、信源节点SI和S2分别对步骤八获得的载波调制后信号A (t)和r2 (t)按照设定的方法进行处理，信源节点SI获得信号纟(O’信源节点S2获得信号6 ( ;步骤十、信源节点SI和S2分别按照预先设定的判决规则进行判决，同时获得判决后信号d' E(t)；步骤十一、信源节点SI根据步骤一输入的信息数据Cl1 (t)与步骤十获得的判决后信号d' K(t)，进行解映射和判决，求得信源节点S2输入的信息数据(12(0的估计值
权利要求
1.一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，其特征在于，该方法的具体实现步骤为步骤一、第一时隙，信源节点SI和S2分别对输入的信息数据Cl1 (t)和d2(t)进行QPSK 调制，得到调制信号S1 (t)和S2 (t)；步骤二、信源节点SI和S2分别将步骤一获得的调制信号S1 (t)和S2(t)进行预编码， 获得预编码后信号X1 (t)和X2 (t)；步骤三、信源节点SI和S2将获得的预编码后信号X1 (t)和X2 (t)进行载波调制，得到载波调制后信号，并将得到的载波调制后信号同时发送给中继节点SR ；步骤四、中继节点SR将接收到的两个信源节点的载波调制后信号相加，获得和信号， 并对获得的和信号进行载波解调，得到载波解调后的和信号rK(t)；步骤五、中继节点SR对步骤四得到载波解调后的和信号rK(t)根据预设的判决和映射规则进行判决映射，求得广播数据(11；(0 ；步骤六、中继节点SR对步骤五获得的广播数据dK(t)进行QPSK调制，获得广播信号 sE(t)；步骤七、系统进入第二时隙，中继节点SR对步骤六获得的广播信号sK(t)进行载波调制，获得载波调制后信号，然后将获得的载波调制后信号向两个信源节点广播；步骤八、信源节点SI和S2分别对中继节点SR广播的调制后的信号进行载波解调，信源节点SI获得载波解调后信号A (t)，信源节点S2获得载波解调后信号r2 (t)；步骤九、信源节点SI和S2分别对步骤八获得的载波调制后信号a (t)和r2 (t)按照设定的方法进行处理，信源节点SI获得信号纟(O，信源节点S2获得信号4 (O步骤十、信源节点SI和S2分别按照预先设定的判决规则进行判决，同时获得判决后信号 d' E(t)；步骤十一、信源节点SI根据步骤一输入的信息数据Cl1 (t)与步骤十获得的判决后信号 d' K(t)，进行解映射和判决，求得信源节点S2输入的信息数据(12(0的估计值d' 2(t)， 4⑴⑴;信源节点S2根据步骤一输入的信息数据d2(t)与步骤十获得的判决后信号d' K(t)，进行解映射和判决，求得信源节点SI输入的信息数据Cl1 (t)的估计值 d'=从而实现在两个信源节点实现物理层网络编码的无线通信。
2.根据权利要求I所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，其特征在于，步骤二所述获得预编码后信号X1 (t)和&(0由公式
3.根据权利要求I所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，其特征在于，步骤四所述得到载波解调后的和信号rK(t)由公式rE (t) = (|hj X1 (t) +1 h21 x2 (t)) +η。( 3 )计算获得，其中，Iitl是加性高斯白噪声，Ii1和h2分别是信源节点SI和信源节点S2到中继节点SR的信道系数。
4.根据权利要求I所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，其特征在于，步骤五所述求得广播数据dK(t)，由公式
5.根据权利要求I所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，其特征在于，步骤六所述获得广播信号sK(t)的方法为中继节点SR对接收信号实部和虚部的处理分别进行，且过程相同，根据公式(3)得实部的解调信号为
6.根据权利要求I所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，其特征在于，步骤八得到载波解调后信号A和r2’表示为:
7.根据权利要求I所述一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，其特征在于，步骤九所述信源节点SI获得信号 ⑴，信源节点S2获得信号A⑴由公式
全文摘要
一种基于双向中继模型的平坦频选衰落信道中物理层网络编码的无线通信方法，涉及无线通信方法。本发明消除了调制信号实部和虚部之间干扰，降低了中继接收机的复杂度。本发明中两个信源节点将信息数据进行QPSK调制、预编码、载波调制、再载波调制后发送给中继节点，中继节点将接收的信号相加，再对和信号进行载波解调后，判决映射求得广播数据；再对广播数据进行QPSK调制、载波调制后广播发送；信源节点将接收到广播的载波调制信号进行载波解调，信源节点S1和信源节点S2分别对载波解调后和信号进行信号处理，信源节点S1获得信源节点S2发送信号的估计值，信源节点S2获得信源节点S1发送信号的估计值完成通信。本发明用于无线通信。
文档编号H04L1/00GK102983947SQ201210555700
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者于启月, 罗德巳, 孟维晓 申请人:哈尔滨工业大学