基于多包接收的物理网络编码协同通信研究

针对一个簇内部或者簇之间的多个点对点通信的应用场景,提出了一种基于多包接收的随机物理网络编码协同通信技术。在MPR-OPNCC中采用了物理网络编码(PNC)和多包接收(MPR)机制,使得多个源节点能够在同一个时隙中进行广播,且目的节点能够从干扰的信号中检测出所要接收的数据。此外,MPR-OPNCC也是一种随机通信机制,中继节点能够根据目的节点的反馈信息判断是否需要协同传输。从分析结果看出,MPR-OPNCC与ONCC相比具有相同的系统中断概率性能,但在系统的频谱效率方面要高一倍。

高阶调制下物理层网络编码与OFDM联合设计

物理层网络编码(Physical-layer Network Coding,PNC)因其可以在中继通信中大幅提高吞吐量而备受关注。为了进一步提高传输效率,减少多径的影响,在三节点双向无线PNC系统中引入16QAM-OFDM高阶调制技术,设计了16QAMOFDM-PNC通信系统。由于采用16QAM-OFDM高阶调制的PNC系统存在中继映射模糊的问题,对16QAM信号的星座点重新布局,设计出相应的中继解调映射规则。为了进一步提高系统性能,在该设计中引入低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check Code,LDPC),设计了相应的译码映射算法。最后实验表明,上述设计相较于16QAM-PNC系统具有更好的系统性能,同时联合LDPC编码的设计能提高系统增益约2dB。

基于分层调制的物理层网络编码系统概率成形设计

分层调制是一种根据发送信号的相对重要性对数据流进行不等保护的关键技术。针对双向中继信道下基于分层调制技术的PNC系统进行研究。当系统采用均匀的输入分布时会产生成形损耗,由于传统的分布匹配器的非线性成形编译码过程不适用于PNC系统,因此提出一种线性概率成形码本方案,以确保其成形编译码过程是线性的,进一步推导了成形系统可达速率表达式。仿真结果表明,所提出的线性成形方案在中低SNR具有0.3 dB的成形增益。

物理层网络编码中连续相位调制信号的非相干多符号检测

基于连续相位调制(CPM)的物理层网络编码(PNC)由于其高效的吞吐率和频谱利用率特性引起了越来越多的关注。现有关于CPM-PNC检测的研究大多建立在到达中继端的两节点信号载波相位完全同步或相位差已知的基础上。实际应用中,这一载波相位差不可避免,也很难准确估计。针对这一问题,该文提出一种中继端存在未知载波相位差条件下的CPM-PNC非相干多符号检测算法。该算法根据最大似然检测原理,通过观察多个码元来实现中间码元的检测,充分利用了CPM信号的相位记忆特性。仿真结果表明,该文所提出的CPM-PNC非相干多符号检测算法性能优越。而且随着观察窗口长度的增大,其性能显著提高并逐渐趋近最优相干检测性能。在误码率(BER)为410-时,相比于非相干单符号检测,观察窗口长度为5个码元时的CPM-PNC非相干多符号检测有6.7d B的性能增益。

物理层网络编码研究进展

在无线协作环境下,充分利用无线电磁波的广播特性进行物理层网络编码(PLNC)可获得更大的吞吐量和频谱利用率。在物理层网络编码基本思想的基础上,首先着重介绍三类物理层网络编码技术——有限域上的物理层网络编码、模拟网络编码和复数域上的网络编码,给出它们相关理论的研究现状,并对与此相结合的新技术进行了介绍;然后论述目前物理层网络编码应用实现的现状;最后对物理层网络编码相关理论及其应用实现的发展趋势进行了分析与展望。物理层网络编码理论的进一步完善,相关安全性的研究,以及与协作通信理论,如信道编码与调制、中继选择、调度及资源分配等进一步紧密结合等,将是其研究的重要趋势。

一种基于TCM的信道编码与物理层网络编码的联合设计

该文在双向中继信道中基于网格编码调制(Trellis Coded Modulation,TCM)提出了一种信道编码与物理层网络编码的联合实施机制。该机制采用TCM,将编码和调制统一考虑,提高了编码序列的自由距离,从而获得更高的编码增益。此外,利用卷积码和MAC-XOR网络编码的线性性质,使得中继节点只要直接估计网络编码的码字,这样中继节点进行TCM译码的复杂度减少了50%。该机制同时考虑信道编码技术、调制技术以及物理层网络编码三者联合设计的问题,既提高信息传输率,又保证了可靠性。

基于分层调制的物理层网络编码研究

在实际的移动通信环境中,信道的状态复杂多变,该文针对双向中继信道的非对称性,提出采用分层调制方式的物理层网络编码方案。首先构建源节点、中继节点均采用分层(2/4-PSK)调制的双向中继通信系统模型;其次给出了中继节点的物理层网络编码解调及映射规则,推导出加性高斯白噪声下中继误比特率及端到端误比特率理论计算公式;最后仿真验证了理论分析结果。与采用传统QPSK调制技术的物理层网络编码相比,该方案利用分层调制的技术优势,确保较优信道的高速率传输,也兼顾了较差信道的传输可靠性。

一种信道编码与物理层网络编码的联合设计

基于正交振幅调制(QAM)设计了一种信道编码与物理层网络编码的联合实施方案,该方案巧妙的引入了一种去噪映射机制,即重新安排QAM调制的星座映射,中继节点对接收数据去噪后直接映射为对应数字比特流的异或。同时,利用卷积码和MAC-XOR网络编码(Network Coding,NC)的线性性质,使得中继节点只需直接估计网络编码的码字,因此中继节点的解调/译码的复杂度减少50%。在此基础上对该方案的误比特率性能进行分析。仿真结果表明了该方案的有效性,即与已有的物理层网络编码方法相比,在没有增加译码复杂度的基础上,该方案的信道容量有了显著提高。

基于连续相位频移键控调制的物理层网络编码检测及性能分析

针对双向中继信道,该文提出一种基于连续相位频移键控(CPFSK)调制的物理层网络编码(PNC)机制,即CPFSK-PNC。与已有的采用BPSK,QPSK等调制方式的物理层网络编码相比,该机制引入CPFSK的技术优势,提高了系统的频谱效率和功率效率。该文对瑞利衰落信道中CPFSK-PNC的物理层网络编码检测进行了研究。首先,利用CPFSK信号的记忆特性,根据最大似然准则设计了中继节点的物理层网络编码检测方案;其次,分析了信号之间最小欧氏距离并给出中继检测的平均误比特率下边界;最后,仿真验证了理论分析结果。

物理层网络编码分组的机会中继

为提升物理层网络编码方案的抗衰落性能,该文提出了一种基于物理层网络编码的机会中继方案(Opportunistic Relaying based-on Physical-layer Network Coding,PNC-OR),该方案利用物理层网络编码的基本思想、有效提升网络吞吐的同时,通过中继节点的分布式选择,也能够使系统获得多用户分集增益,提高了系统的抗衰落性能。针对双向无线中继信道中端到端信息交换的情形,推导了准静态衰落环境下PNC-OR中多个目的节点接收信息的和容量。数值结果显示:和机会中继、传统网络编码两种方案相比,PNC-OR具有更高的频谱效率,并且随着中继节点的增多,频谱效率也越高。

多中继物理层网络编码系统加密设计及安全性能研究

多中继通信系统信息传输过程复杂,存在吞吐率下降、误码率高、安全性能差等问题.针对以上问题,提出多中继物理层网络编码系统与密钥加密技术联合设计的解决方案.首先,阐述三中继双向物理层网络编码系统加密传输的工作机制;然后,构建三中继物理层网络编码与LDPC码、加密算法联合通信模型,设计适应多路信号叠加的中继映射解决方案,推导出该系统的置信传播译码算法公式.实验仿真结果表明,采用的密钥加密技术能有效保证系统数据传输安全性,降低因多中继系统信息传输与信道窃听带来的性能损失;同时,LDPC编译码提升了该系统的译码准确率,系统解密能力得到改善,从而有效提高了多中继通信系统数据传输的有效性、可靠性.

物理层网络编码机会中继及中断性能分析

该文研究了频率非选择性瑞利衰落信道中的物理层网络编码系统容量问题。基于放大转发机制提出了一种基于最大最小互信息准则的机会中继策略。在瑞利衰落信道环境下,从双向通信的角度,通过理论分析得出其中断概率解析式,同时推导了理想物理层网络编码和传统直接传输系统的中断概率解析式。通过理论分析,发现在某些节点发射功率条件下,系统中断概率将完全取决于单向链路。在此基础上完成了数值仿真实验,结果表明所提策略的中断性能与理想物理层网络编码和传统直接传输相比有了显著的提高。

物理层网络编码在深空通信中的应用展望

深空探测任务的不断扩展对深空通信数据传输效率提出了更高的要求。物理层网络编码作为一种新型的频率复用传输技术,能够提高网络吞吐量,增强网络的数据传输能力,在未来载人登月、火星探测等深空探测任务中有着广阔的应用前景。介绍了国内外深空通信的发展情况,阐述了物理层网络编码的基本原理以及优势,展望了物理层网络编码在未来的深空探测中的应用前景及在实际工程应用中尚需解决的技术难题。

双向中继通信中的联合正交物理层网络编码

为了改善物理层网络编码(PNC)在非对称双向中继通信系统中误比特率(BER)性能,提出了一种新的PNC方案,称为联合正交物理层网络编码(COPNC).方案中2个源节点采用正交载波发送信息,中继节点对信息进行正交综合后广播到2个目的节点.理论分析与仿真结果表明,当双向中继通信系统信道条件非对称时,COPNC方案可以改善PNC的误比特率性能.特别是当2个上行信道的信噪比(SNR)不同时,COPNC方案的误比特率比PNC降低了约3dB.因此,COPNC特别适合应用于上行信道非对称的双向中继通信系统.

多中继去噪重传物理层网络编码自适应分集策略

研究了频率非选择性瑞利衰落信道中的物理层网络编码系统容量问题。理论推导了基于解噪重传协议的系统容量,根据容量解析式给出了系统和容量最大化的2个条件表达式,提出了一种最大化系统和容量的自适应分集策略。在瑞利衰落信道环境下,通过理论分析给出所有中继链路特性均属于同一情况下的中断概率闭合解析式,同时也理论推导了一般放大重传和直接传输系统中断概率解析式。在此基础上,完成了数值仿真实验,结果表明所提策略的中断性能与非自适应系统、一般放大重传和直接传输系统相比有较大优势。

双向中继信道中Polar码与物理层网络编码的联合设计

为解决双向中继信道中采用低密度奇偶校验码LDPC(low density parity check code)或Turbo码的网络编码系统信道编码编译码算法及设备的复杂度太高这一问题,提出一种联合Polar编码与网络编码的中继转发策略.该策略利用无线通信中信号的叠加特性和Polar编码、网络编码的线性性质直接估计网络编码的码字,使得中继节点进行Polar译码的复杂度和信源节点之间的信息交换时间都比直接网络编码系统减少了50%.同时,由于基于信道极化理论的Polar码具有在离散无记忆信道BDMC(binary discrete memoryless channel)上达到信道容量及编译码算法简单等优点,使得所提方案不仅保证了系统的可靠性,而且更容易实现.仿真结果验证了该方案的有效性.

基于符号映射的物理层网络编码

从信号角度出发对物理层网络编码(physical layer network coding,PLNC)展开研究,联系实际通信中用户选择调制方式以及用户发送功率分配的差异性,重点对中继节点叠加信号的符号映射方面进行了分析讨论。通过符号映射后的星座映射图分析了中继节点的误符号率(symbol error rate,SER),并结合星型协作网络以瑞利信道为信道模型对中断性能进行了分析比较。理论分析与仿真结果表明不同的调制方式以及用户功率分配对中继误符号率有一定影响,同时基于符号映射分析的物理层网络编码的中断性能优于其他几种传输方式。

物理层网络编码的符号时钟估计

现有的关于物理层网络编码(PNC)的研究多建立在时钟已完全同步的基础上,对PNC的符号时钟同步研究较少。而实际上符号时钟在PNC中是必不可少的。针对这一问题,该文提出一种新的基于正交训练序列适用于双向中继信道PNC的符号时钟估计方法。该方法根据最大似然估计准则,运用基于离散傅里叶变换(DFT)的插值算法来估计时钟误差。仿真结果表明,所提出的DFT插值算法性能优越,在信噪比(SNR)大于10 d B的条件下,系统的均方误差(MSE)性能比经典优选采样点法提升1个数量级,并且非常逼近修正克拉美罗界(MCRB)。

安全的物理层网络编码的研究

无线信道的广播特性使得其中的碰撞现象普遍存在,充分利用这一特性的物理层网络编码可较大幅度地提高系统吞吐量,但也存在其特有的安全隐患。本文的主要贡献:从物理层网络编码的原理出发,挖掘了其中存在的必要前提破坏、信号强度攻击、信号能量攻击等安全隐患,并提出了应对的基本思路;综述了物理层网络编码的研究现状,并展望了未来的研究方向;提出了结合利用云计算和网络编码构建从终端到交换节点、从底层到高层、无处不在的计算网络的概念。

无线协作网络的物理层网络编码研究进展

随着网络编码技术的发展和对干扰无线信道的研究,提出了无线多源信息的物理层网络编码,它能够有效融合干扰并提高无线网络的频谱效率。本文从物理层网络编码的研究背景和研究进展介绍了无线协作网络的物理层网络编码。本文从几种中继技术入手,针对多源中继系统,介绍了典型模拟网络编码和数字网络编码的特征和性能,同时也给出了作者的部分工作。本文对中继通信和无线网络编码的研究有一定参考价值。