專利名稱：一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信方法，尤其涉及一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，屬于無線通 信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙向中繼通信是目前無線通信領(lǐng)域的研究熱點之一。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼方法中，兩 個源節(jié)點分別向一中繼節(jié)點發(fā)送信息，該中繼節(jié)點對接收信號進(jìn)行解碼后，進(jìn)行二進(jìn)制網(wǎng) 絡(luò)編碼，再將其轉(zhuǎn)發(fā)回相應(yīng)的源節(jié)點。但是這種方法存在由于中繼節(jié)點檢測錯誤造成的誤 碼地板效應(yīng)(error floor)。模擬網(wǎng)絡(luò)編碼方法中，采用放大-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，所有源節(jié)點同時向中繼節(jié)點發(fā)送信 息，從而中繼節(jié)點對收到的重疊的信號進(jìn)行放大之后，再將其轉(zhuǎn)發(fā)回相應(yīng)的源節(jié)點。由于模 擬網(wǎng)絡(luò)編碼與無線信道將空中傳播的無線信號進(jìn)行疊加這一特性是相一致的，因此模擬網(wǎng) 絡(luò)編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中是特別有用的。然而，現(xiàn)有的關(guān)于應(yīng)用模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的雙向中繼通信的研究中，一般均假設(shè)源節(jié) 點和目的節(jié)點已知所有傳輸鏈路的理想信道狀態(tài)信息(CSI)，可以很簡單的在源節(jié)點或中 繼節(jié)點上應(yīng)用相關(guān)檢測。在一些場景下，比如，在慢變衰落環(huán)境下，可以使用導(dǎo)頻符號獲得 CSI0但是，對于信道系數(shù)變化很快的情況，信道估計將變得困難。同時，信道估計還會增加 中繼節(jié)點的計算復(fù)雜度，降低數(shù)據(jù)傳輸速率。對于接收端，通過轉(zhuǎn)發(fā)的導(dǎo)頻信號獲得理想的 源節(jié)點-中繼節(jié)點的信道信息也是相當(dāng)困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，本發(fā)明通過引入差分調(diào) 制、功率估計，在無需信道狀態(tài)信息的條件下，實現(xiàn)了雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中多個源節(jié)點信號的正 確接收，達(dá)到了提高系統(tǒng)性能的目的。本方法中，源節(jié)點通過對接收信號進(jìn)行功率估計，實 現(xiàn)了差分檢測，同時線性檢測的結(jié)構(gòu)降低了系統(tǒng)的實現(xiàn)復(fù)雜度。綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，其步驟為1)各個源節(jié)點對發(fā)送信號進(jìn)行差分調(diào)制編碼，并發(fā)射；2)中繼節(jié)點對經(jīng)過了信道衰落的不同源節(jié)點發(fā)送來的信號進(jìn)行接收；3)中繼節(jié)點對接收信號進(jìn)行放大，并將其共軛值進(jìn)行廣播轉(zhuǎn)發(fā)至所有源節(jié)點，其 中根據(jù)對接收信號平均功率的測量結(jié)果估計出信號放大倍數(shù)β ；4)源節(jié)點對中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的信號進(jìn)行接收；5)利用差分調(diào)制信號的特性，對接收信號中的干擾信號項進(jìn)行估計；6)源節(jié)點1在消除接收信號中的干擾信號項后，對源節(jié)點2的發(fā)射信號進(jìn)行差分 解碼。同理，源節(jié)點2在消除接收信號中的干擾信號項后，對源節(jié)點1的發(fā)射信號進(jìn)行差分解碼。這樣實現(xiàn)了雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中的信息交換。本發(fā)明的積極效果為與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的通信方法應(yīng)用于雙向中繼網(wǎng)絡(luò)，能夠在保證系統(tǒng)實現(xiàn) 復(fù)雜度要求的條件下，無需信道狀態(tài)信息，即可對多個源節(jié)點信號的正確接收，達(dá)到了提高 系統(tǒng)性能的目的。


圖1.基于差分調(diào)制的中繼網(wǎng)絡(luò)通信方法示意圖；(a)階段 1，(b)階段 2。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述本發(fā)明中，所有通信節(jié)點(包括兩個源節(jié)點和一中繼節(jié)點)采用單天線，半雙工方 式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。雙向中繼通信過程被分成了如下兩個階段階段1，所有源節(jié)點同時向中 繼節(jié)點發(fā)送經(jīng)過了差分編碼的信號；階段2，中繼節(jié)點向所有源節(jié)點廣播轉(zhuǎn)發(fā)信號。系統(tǒng)模 型示意圖如圖1所示。具體步驟如下第一步，各個源節(jié)點對發(fā)送信號進(jìn)行差分調(diào)制編碼，并發(fā)射。源節(jié)點1發(fā)送的信號為S1 (t) = S1 U-Dc1 (t) , C1W e A源節(jié)點2發(fā)送的信號為s2 (t) = s2(t-l)c2(t) , C2 (t) e A其中，C1 (t)禾Pc2(t)分別是源節(jié)點1和源節(jié)點2在t時刻待發(fā)送的符號，A代表 單位能量的M-PSK調(diào)制符號集。第二步，中繼節(jié)點對經(jīng)過了信道衰落的不同源節(jié)點發(fā)送來的信號進(jìn)行接收。接收 信號為 其中，P1和p2分別是源節(jié)點1和源節(jié)點2信號的發(fā)射功率，Ii1和h2分別是源節(jié)點 1-中繼節(jié)點和源節(jié)點2-中繼節(jié)點的信道瑞利衰落系數(shù)，nr(t)為噪聲，滿足零均值高斯分布。以上第一步和第二步均在雙向中繼通信系統(tǒng)階段1中完成。第三步，中繼節(jié)點對接收信號進(jìn)行放大，并將放大后信號的共軛值進(jìn)行廣播轉(zhuǎn)發(fā) 至所有源節(jié)點，信號放大倍數(shù)為β。由于中繼節(jié)點不具備CSI，因此無法對β進(jìn)行直接估 計，而是通過對中繼節(jié)點接收信號的平均信號功率進(jìn)行測量得到。在高信噪比條件下，放大 倍數(shù)β近似為
0033] 其中，L為信號幀長度，I I2為信號幀長度L內(nèi)測得的接收信號能量。
第四步，源節(jié)點對中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的信號進(jìn)行接收。由于系統(tǒng)中，兩個源節(jié)點是對稱 的，因此以下只對源節(jié)點1的接收信號進(jìn)行分析。源節(jié)點1接收的信號為⑷=β^Λ/r ( + rh(t) = μ^Ι (O+(r)+(/)其中，Pr為中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信號的功率，//蘭々V^K ,V = P^prKK， ( = β^ρΛΚ (0+^1 (O。即源節(jié)點1的接收信號包含三部分有用信號項(O (源節(jié)點
2的發(fā)射信號)、干擾信號項(0 (源節(jié)點1的發(fā)射信號)和噪聲項ω i (t)。第五步，對接收信號中的干擾信號進(jìn)行估計。為了對接收信號中的有用信號進(jìn)行 正確檢測和解調(diào)，由于發(fā)射信號S1 (t)對于源節(jié)點1是已知的，因此只需要對干擾項系數(shù)μ 進(jìn)行估計，從而抵消接收信號中的干擾項。利用源節(jié)點2的發(fā)射信號差分編碼特性，即s2(t) = s2(t-l)c2(t)，并結(jié)合已知的 源節(jié)點1的發(fā)射信號Sl(t-1)和C1 (t)，對接收信號進(jìn)行變換如下 其中，么丁叫㈣-媒丄 z.^MO-^OlTMyiM ^
號幀長度L內(nèi)測得的源節(jié)點1的接收信號能量，Ilhll2為信號幀長度L內(nèi)測得的信號另⑷能 量，E{|ci(t)-c2(t) I2}表示符號(^(0禾Pc2(t)差值的平均功率。當(dāng)采用固定的M-PSK調(diào) 制方式時，C1 (t) -C2 (t)構(gòu)成的新的星座圖中符號數(shù)也是固定的，很容易計算出其平均功率。 但是需要注意的是，Cl(t)-c2(t)可能為0，會一定程度上影響估計的準(zhǔn)確性。因此，對源節(jié) 點2發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制時，采用對其星座圖旋轉(zhuǎn)一個固定角度的方法，得到符號c2(t)e+， 以避免C1 (t)-C2 (t)為0的情況發(fā)生。 在低信噪比條件下，由于噪聲的影響，Δ可能會是負(fù)數(shù)，此時估計結(jié)果采用第六步，源節(jié)點1對源節(jié)點2的發(fā)射信號進(jìn)行檢測并解調(diào)。通過上步對干擾信號 項( )的估計結(jié)果，對接收信號進(jìn)行進(jìn)一步處理得到( ) = (t)-K(O = V^(t-\)c； ( + ωχ{ =(少；(卜 1)—叫( -1))(ζ) + 叫( 采用線性解碼器，即可對源節(jié)點2的發(fā)射信號c2(t)進(jìn)行恢復(fù)，解碼后的信號如 下C2 (t) = arg max( ) 乂* (t -1) c2 ( )}相比傳統(tǒng)的差分調(diào)制，本發(fā)明的方法只增加了對μ進(jìn)行估計引入的有限復(fù)雜度， 對μ的估計只需要增加幾次加法運算和乘法運算即可完成。源節(jié)點2的信號檢測和解調(diào)與源節(jié)點1過程同理，這里不再贅述。
Λ/Δ, Δ>0 0, Δ<0
5
以上涉及的信號運算符號說明(·廣表示對信號求其共軛，比如為C1 (t)的 共軛；(·)H表示對信號向量求其共軛轉(zhuǎn)置。
權(quán)利要求
一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，其中雙向中繼網(wǎng)絡(luò)包括兩源節(jié)點和一中繼節(jié)點，其步驟為1)各個源節(jié)點對發(fā)送信號進(jìn)行差分調(diào)制編碼后發(fā)送給中繼節(jié)點；2)中繼節(jié)點根據(jù)接收信號的功率估計信號的放大倍數(shù)β；3)中繼節(jié)點根據(jù)估計出的放大倍數(shù)β對接收信號進(jìn)行放大，并將其共軛值轉(zhuǎn)發(fā)至所有源節(jié)點；4)源節(jié)點消除接收信號中的干擾信號項；5)源節(jié)點對上一步處理后的信號進(jìn)行差分解碼。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述源節(jié)點對中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的信號中的干擾 信號項系數(shù)進(jìn)行估計，從而得到并消除接收信號中的干擾信號項。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于采用公式 估計所述干擾信號[ 項系數(shù)；其中， 12I 表示符號 C1 (t)和 C2 (t)差值的平均功率、C1 (t)和C2 (t)分別是源節(jié)點1和源節(jié)點2在t時刻待發(fā)送的符號、L為 信號幀長度、Yi為源節(jié)點i作為接收節(jié)點時接收到的信號矢量，元為對Yi經(jīng)過處理后的變 換值、其滿足 為Ci (t)的共軛，i = 1或2。
4.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于源節(jié)點采用固定的M-PSK調(diào)制方式對發(fā) 送信號進(jìn)行調(diào)制。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于采用固定的M-PSK調(diào)制方式對源節(jié)點的發(fā)送 信號進(jìn)行調(diào)制時，對其中一源節(jié)點的星座圖旋轉(zhuǎn)一個固定角度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述中繼節(jié)點根據(jù)接收信號的平均功率估計 信號的放大倍數(shù)β。
7.如權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在采用公式；？= ^!計算所述放大倍數(shù)β，其中，L為信號幀長度，I kl I2為信號幀長度L內(nèi)測得的接收信號能量。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述源節(jié)點采用線性解碼器對步驟4)處理后 的信號進(jìn)行差分解碼。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于中繼節(jié)點通過廣播方式將信號轉(zhuǎn)發(fā)至所有源 節(jié)點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，屬于無線通信領(lǐng)域。本發(fā)明的方法為1)各個源節(jié)點對發(fā)送信號進(jìn)行差分調(diào)制編碼后發(fā)送給中繼節(jié)點；2)中繼節(jié)點根據(jù)接收信號的功率估計信號的放大倍數(shù)β；3)中繼節(jié)點根據(jù)估計出的放大倍數(shù)β對接收信號進(jìn)行放大，并將其共軛值轉(zhuǎn)發(fā)至所有源節(jié)點；4)源節(jié)點消除接收信號中的干擾信號項；5)源節(jié)點對上一步處理后的信號進(jìn)行差分解碼。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠在保證系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜度要求的條件下，無需信道狀態(tài)信息，即可對多個源節(jié)點信號的正確接收，達(dá)到了提高系統(tǒng)性能的目的。
文檔編號H04L1/00GK101917250SQ20101023962
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者馮巖, 宋令陽 申請人:北京大學(xué)