基于plnc的雙向ofdm多中繼系統中的聯合子載波抑制與中繼選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于無線通信技術領域，設及雙向無線多中繼系統的高效傳輸技術，為一 種基于PLNC的雙向OFDM多中繼系統中的高效傳輸技術，尤其設及一種基于化NC的雙向OFDM 多中繼系統中的聯合子載波抑制與中繼選擇方法。
【背景技術】
[0002] 隨著移動互聯網的蓬勃發展，移動通信對高速數據傳輸的需求越來越高。作為寬 帶需求最基本的支撐，頻譜資源稀缺問題愈加突出和嚴重。因此，在頻譜資源受限的條件 下，如何進一步提高移動通信系統的頻譜利用率和吞吐量是下一代移動通信系統設計中亟 需解決的重要問題之一。
[0003] 正交頻分復用（(Orthogonal Frequen巧 Division Multiplexing,(FDM)技術，由 于其具有高頻譜利用率W及很好的抗多徑衰落能力等特點，已經成為第四代移動通信標志 性的物理層傳輸承載技術"A.Doufexi,and S.Armour.Design considerations and physical layer performance results for a 4G OFDM system employing dynamic subcarrier allocation.Proc.IE邸 PIMRC,Sept.2005:357-361."。為了擴大基站覆蓋范 圍、獲得分集增益，協同中繼技術"Roya Arab Loodaricheh,化anlchanaad Mallick,and Vijay K.Bhargava.Distributed subcarrier Pairing and relay selection for OFDM based cooperative relay networks.Proc. IE邸 WCNC,Apri 2013:3557-3562."作為下一 代無線通信系統中的關鍵技術之一引起了學術界和業界的廣泛關注。中繼節點通過放大轉 發或者譯碼轉發方式將源節點的信息轉發給目的節點。在雙向無線中繼網絡中，與傳統的 多跳傳輸相比，物理層網絡編碼（Physical Layer Network Coding,化NC) "S.Zhang, S.C.Liew,and P.P.Lam.Hot topic : physical-layer network coding.Proc.Int.Conf.Mobile Computing and Networking,2006:358-365"，"S.Katti, S.Gollakota,and D.Katabi.Embracing wireless interference :analog network coding.Proc.Conf.Applicat,Technol,Archit and Protocols for Comput.Commun., 2007:397-408."能夠成倍提高系統的吞吐量性能。目前，在協同中繼系統中，PLNC技術已成 為研究的熱點問題之一。
[0004] 在雙向多中繼系統中，受限于信道最差的中繼，利用所有中繼進行信息轉發的方 式不一定能夠提高系統性能。利用中繼選擇技術^iaochen Xia,Kui Xu,Wenfeng Ma,and Youyun Xu.On the Design of Relay Selection Strategy for Two-Way Amplify-and-化rward Mobile Relaying.IET Commu.2013，Vol.7(17) :1948-1957."通過在多個中繼中 選擇一個或多個信道條件好的中繼轉發信息，能夠獲得分集增益從而提高系統誤比特率性 會K。文南犬''J. Ieithon, S. Sumei ,and Y. Chau. Relay Selection Algorithms for Analo邑 化twork Coding 0抑M Systems.IE邸 Communication Letters,2012,vol.16(9):1442-1445."提出一種基于模擬網絡編碼的OFDM系統最小最大中繼選擇方法。該方法選擇最小信 道增益最大的中繼來轉發信息。仿真結果表明，與雙向OFDM單中繼系統相比，最小最大中繼 選擇方法可W大幅提高系統的誤碼率和吞吐量性能。
[0005] 為了進一步提高化NC-OFDM雙向多中繼系統的傳輸可靠性，文獻"G. Bartol i， R.Fantacci,D.Marabissi,and R.Simoni.Subcarriers Suppression Methods for OFDM Systems with Decode-and-Forward Network Coding. IEEE Trans. ,Wireless Communication，2013，vol. 12( 12): 6034-6042 /'提出兩種子載波抑制方法/子載波抑制" 即在OFDM系統中放棄使用信道條件差的子載波而僅使用信道條件好的子載波來進行信息 傳輸。信息傳輸之前，系統給定一個抑制口限值，信道增益的絕對值高于該口限值的子載波 被用來傳輸信息而信道增益的絕對值低于該口限值的子載波則被放棄不用。子載波抑制能 夠大幅提高系統誤比特率性能。在多徑瑞利衰落信道條件下，子載波抑制在降低系統誤比 特率的同時，也會帶來一定的系統吞吐量損失。
[0006] 通過將網絡編碼的思想應用在無線廣播通信中，能夠有效的提高廣播的效率，現 階段已有的專利成果如下：
[0007] 通過將網絡編碼的思想應用在無線中繼通信中，能夠有效的提高中繼通信的傳輸 效率，現階段已有的專利成果如下：
[0008] 1.上海交通大學提出的無線網絡模擬網絡編碼方法，本發明公開了一種無線網絡 模擬網絡編碼方法，包括W下步驟:對接收到的重疊數據帖通過互相關運算檢測出已知帖 和目標帖的起始點和結束點;對數據進行頻率偏移檢測和補償;再進行信道參數估計;再根 據得到的信道參數，去除重疊數據帖中的已知帖，對目標帖進行恢復和重采樣，重新獲取采 樣點;對采樣后的數據進行解碼。本發明可W擴展模擬網絡編碼的應用范圍，提高無線網絡 中的頻譜利用率。
[0009] 2.中國計量學院提出的雙向中繼信道模型的正交差分空時網絡編碼方法，本發明 公開了一種雙向中繼信道模型的正交差分空時網絡編碼方法，所述模型包括兩個信源和， 一個中繼R，信源引入多天線機制，配備有多個天線;包括如下步驟:信號傳輸過程分為兩個 階段:信源傳輸階段，比特流通過星座映射、Alamouti編碼、差分空時調制，得到發射信號矩 陣；中繼廣播階段，實現信號的接收、檢測、解調，然后實現兩信源信息的異或網絡編碼、差 分調制，并映射為發送符號，廣播給兩信源;其中信號接收時采用多分組處理，采用多符號 差分球形譯碼完成信號檢測，對上行鏈路中繼和下行鏈路信源的接收信號譯碼都適用。
[0010] 3.西安交通大學提出的一種雙向中繼系統中自適應變時隙模擬網絡編碼策略，本 發明提供一種雙向中繼系統中自適應變時隙模擬網絡編碼策略，該策略基于瞬時信道信 息，在不改變系統平均功率與協作周期的條件下，W最大化瞬時互信息量的原則動態調整 傳輸時隙數，理論分析和仿真結果表明，與固定時隙的模擬網絡編碼策略相比，本發明所提 出的策略在獲得分集增益的同時降低了中斷概率，另外，本發明方法采用簡單的等功率分 配方案能夠獲得近似最優的性能。
[0011] 4.哈爾濱工業大學深圳研究生院提出的基于FQPSK調制的物理層網絡編碼系統及 方法，本發明提供了一種基于FQPSK調制的物理層網絡編碼方法及系統，該基于FQPSK調制 的物理層網絡編碼方法，發射端單元包括執行如下步驟:A.兩個信號源分別發射原始信息 XA和XB;B.將兩個原始信息XA和XB分別調制之后調制到高頻載波上面變成發射信號ZA和ZB; C.中繼模塊接收到混合后的信號表示為:￥^〇 = ^4(〇+11(〇] + ^6(*)+11'（*)]，化(〇表示 接收到的混合波形信號。本發明的有益效果是使用FQPSK調制對物理層網絡編碼信號進行 恒包絡保護，成功解決了在中繼處對疊加信號的檢測與分類問題，使用波形簇分類準則代 替已有的星座分類準則，避開了 FQPSK調制星座無規則運一缺點。
[0012] 5.中國空間技術研究院和深圳大學提出的在中繼系統中通過信道量化進行物理 層網絡編碼的方法，本發明設及在中繼系統中通過信道量化進行物理層網絡編碼的方法， 包括如下步驟:將表示所述兩個端節點到所述中繼節點的信道矩陣進行QR分解，并對接收 向量乘WQ矩陣，得到分別表示第一端節點和第二端節點發送到所述中繼節點信號的第一 中間層信號和第二中間層信號;利用所述第二中間層信號對所述第二端節點發送的編碼信 號進行估值，得到所述第二端節點發送的信號估值;利用第一中間層信號和第二中間層信 號估值，對所述第一端節點和第二端節點發送的編碼信號進行估值，得到所述中繼節點收 到的復合信號的估值，得到網絡編碼;其中，所述估值步驟包括根據所述第一中間層信號表 達式中不同的參數值，對其進行量化和映射。實施本發明的一種中繼系統上行信道的量化 方法，具有W下有益效果:其計算簡單、效率較高。
[0013] 6.哈爾濱工業大學提出的基于MQAM調制方式的物理層網絡編碼的無線通信方法， 基于MQAM調制方式的物理層網絡編碼的無線通信方法，設及一種無線通信領域。本發明解 決了現有的傳輸方式在雙向中繼信道中需要的=個時隙、四個時隙導致系統性能低的問 題。具體方法為，對用戶化、化的編碼比特信息Si、S2進行MQAM調制，得到調制后的信號si(t)、 S2(t)并同時向中繼節點NR發送，中繼節點N時尋其直接相加得到和信號rR(t)并對rR(t)進行 判決，將判決結果進一步映射為Si和S2的網絡編碼信息Sr;之后中繼節點Nr對Sr重新進行 MQAM調制，并將已調信號SR(t)向用戶節點化和化廣播，化、化分別對接收到的SR(t)進行解 調，將得到網絡編碼信息Sr與保存在該用戶的本地緩存中的發送信息進行按位比特異或運 算，W獲得另一用戶的比特信息，從而實現一次信息交換過程。本發明適用于無線通信。
[0014] 7.哈爾濱工業大學提出的基于MFSK調制方式的物理層網絡編碼的無線通信方法， 本發明設及無線通信領域。它是通過壓縮數據通信的時隙數目進而實現提高無線通信系統 的性能。其方法:分別將兩個用戶節點發送的編碼后的比特信息進行MFSK調制，并同時發送 給中繼節點；中繼節點進行相加獲得和信號;并進行判決后映射為網絡編碼的比特信息;然 后進行MFSK調制后向兩個用戶節點廣播;兩個用戶分別對廣播的調制信號進行解調，并分 別將與保存在本地緩存中的對應的調制信號進行按位進行比