基于调制技术的物理层网络编码中继映射方案研究

摘要

随着通信技术的迅猛发展，人们对无线网络的速度、传输容量以及可靠性都提出了更快、更大、更高的要求。但是，无线环境中的开放性对通信的可靠传输带来了很大的挑战，很多情况下都需要使用中继协作完成数据的交互。在2000年，R.Alshwede博士等人提出了网络编码的概念。中继节点不同于传统传输，它会对接收到的数据编码处理后再转发，有效地提高了通信系统的吞吐量。2006年，S.Zhang将网络编码思想应用到无线环境中，引入了物理层网络编码概念。物理层网络编码利用无线系统的广播特性和电磁波的叠加特性对干扰加以利用，进一步减少了通信时隙，提高了系统吞吐量。
　　本文以无线双向中继信道为基本模型，对物理层网络编码中的多种调制策略的性能进行仿真分析，进一步设计了在高阶调制下，物理层网络编码与信道编码联合方案。
　　本文首先介绍了物理层网络编码的国内外研究现状。从无线双向中继通信系统的三种中继方式入手，引入了网络编码的基本原理和无线双向中继信道中的三种信息传输模式。继而引入了网络编码在无线通信中的应用，即物理层网络编码，介绍了BPSK调制下物理层网络编码调制解调映射规则。
　　在加入加性高斯白噪声的无线双向中继信道中，利用最大后验概率对物理层网络编码中的PSK、DPSK及其FSK等多种低阶调制策略进行中继映射和误码性能进行仿真分析。并对多种调制下中继节点误码性能进行比较，得知，低阶PSK在物理层网络编码中的性能优于FSK，并且，随着调制阶数的增大，物理层网络编码中的PSK抗噪性能下降，FSK抗噪性能变好。但是，高阶FSK调制对设备要求较高。最后，对多种调制下物理层网络编码方案适用场景进行对比综述。
　　随着调制阶数的增加，QAM性能优于PSK调制。分析了传统16QAM调制中继映射存在的问题，并对中继映射方案进行改进。针对高阶调制星座图中星座点欧式距离的减小可能会带来的误码性能的增加，引入了复杂度较低的线性分组码。并设计了一个高阶调制下，物理层网络编码与线性分组码联合方案。并对方案中中继节点的性能进行仿真与分析。仿真证明了在未增加系统复杂度的情况下，该方案不仅减少了通信时隙，提高了传输效率，而且提高了系统的可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 PNC的国内外研究现状

1．3 论文主要研究内容

1．4 论文组织结构

第2章 无线双向中继信道与物理层网络编码

2．1 中继协作方式

2．1．1 放大转发协作

2．1．2 译码转发协作

2．1．3 编码协同

2．2 网络编码的基本原理

2．3 无线双向中继通信信息传输模式

2．3．1 传统传输模式

2．3．2 直接网络编码模式

2．3．3 物理层网络编码模式

2．4 物理层网络编码

2．4．1 物理层网络编码的基本原理

2．4．2 物理层网络编码的调制解调映射一般准则

2．5 本章小结

第3章 物理层网络编码中调制技术研究

3．1 信号估计法

3．1．1 MAP估计

3．1．2 MMSE估计

3．2 调制技术

3．3 基于PSK调制的物理层网络编码

3．3．1 PSK调制

3．3．2 基于2PSK的PNC中继映射方案

3．3．3 基于2PSK的PNC中继误码率理论分析及仿真

3．3．4 基于DPSK的PNC及中继节点误码性能仿真分析

3．4 基于FSK的物理层网络编码

3．4．1 FSK调制

3．4．2 基于2FSK相干解调的PNC

3．4．3 基于2FSK相干解调PNC中继映射方案

3．4．4 基于2FSK相干解调PNC中继误码率理论分析及仿真

3．4．5 高阶FSK调制PNC中继误码性能分析

3．5 基于PSK和FSK调制的PNC误码性能仿真对比分析

3．6 本章小结

第4章 高阶调制下PNC与信道编码联合设计与仿真

4．1 基于高阶调制的PNC方案

4．1．1 系统模型

4．1．2 基于16QAM的PNC中继映射存在的问题

4．1．3 中继映射改进方案

4．1．4 改进方案误码性能分析

4．1．5 仿真结果分析

4．2 信道编码

4．3 基于16QAM调制的PNC与信道编码联合设计

4．3．1 线性分组码

4．3．2 方案设计

4．3．3 方案性能仿真分析

4．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目