基于mimo-ofdm和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[OOOU 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及基于MIM0-0抑M和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通 信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射機和接收機之間存在多條時延不同的無線傳播路徑，弓I 起多徑效應(yīng)。當(dāng)多徑的最大時延大于碼字持續(xù)時間，會引起頻率選擇性衰落。信號的多徑 擴散造成碼間干擾（InterSymbolInte計erence碼間干擾，簡稱ISI)，并導(dǎo)致傳輸過程中 誤碼率升高。而正交頻分復(fù)用（OrthogonalRrequen巧DivisionMultiplexing正交頻 分復(fù)用，簡稱OFDM)技術(shù)可將高速傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多路并行的低速數(shù)據(jù)，并調(diào)制到相 對獨立的正交子載波上進行傳輸，使得無線信道中多徑時延產(chǎn)生的時間彌散性對通信系統(tǒng) 造成的影響減弱，提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。
[0003] 對于SIS0(SingleI噸utSingleOu化ut單輸入單輸出，簡稱SIS0)系統(tǒng)，其 吞吐量仍無法滿足現(xiàn)代無線通信的需求，而目前在理論上已經(jīng)證明MIM0(MultipleI噸ut MultipleOu化ut多輸入多輸出，簡稱MIM0)技術(shù)能極大地提高無線通信系統(tǒng)的性能和容 量。
[0004] 物理層網(wǎng)絡(luò)編碼可W使網(wǎng)絡(luò)吞吐量比直接網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸模式和傳統(tǒng)信息傳輸模 式分別提高50%和100%，信息傳輸速率也分別提高50%和100%，該些都顯現(xiàn)出物理層網(wǎng)絡(luò) 編碼的優(yōu)越性。為了進一步擴展通信網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和提高信息傳輸速率，探索MIM0-0FDM 和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼相融合的新型通信技術(shù)十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在進一步提高無線通信系統(tǒng)的性能，提高通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低 通信系統(tǒng)的誤碼率，本發(fā)明提供了基于MIM0-0抑M和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法。
[0006] 為解決W上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為： 基于MIM0-0FDM和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法，其特征在于其包括W下步驟： 步驟一；源節(jié)點A和源節(jié)點B在第一個時隙生成信號并依次分別經(jīng)符號映射、串并轉(zhuǎn) 換、(FDM調(diào)制和STBC編碼器后從不同的天線發(fā)射出去，源節(jié)點A和源節(jié)點B用于發(fā)射信號 的天線數(shù)目相同。
[0007] 步驟二：中繼節(jié)點利用天線接收步驟一中發(fā)射的信號，并將接收信號疊加得到混 合信號。
[000引步驟S;所述混合信號依次經(jīng)最大似然譯碼器、物理層網(wǎng)絡(luò)編碼和STBC編碼器處 理，生成廣播信號，將所述廣播信息于第二個時隙發(fā)射出去。
[0009] 步驟四；源節(jié)點A和源節(jié)點B分別接收所述廣播信息，源節(jié)點A和源節(jié)點B分別利 用各自緩存中的信號還原廣播信號W獲得對方節(jié)點發(fā)送的信息，完成一次信息交換。
[0010] 具體的，步驟一中源節(jié)點A和源節(jié)點B均工作在半雙工模式，源節(jié)點A和源節(jié)點B 的信號發(fā)射功率相同。
[0011] 具體的，步驟一中使用離散傅里葉逆變換（InverseDiscreteF'ourier Transform離散傅里葉逆變換，簡稱IDFT)實現(xiàn)信號的串并轉(zhuǎn)換。
[0012] 具體的，步驟二中中繼節(jié)點用于接收信號的天線數(shù)目和源節(jié)點A或源節(jié)點B用于 發(fā)射信號的天線數(shù)目一致。
[001引具體的，基于MIM0-0抑M和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法用于由無人機組網(wǎng)通信系 統(tǒng)提取出來的雙向中繼系統(tǒng)傳輸模型。
[0014] 本發(fā)明的有益效果；本發(fā)明的通信方法在雙向中繼系統(tǒng)傳輸模型的第一個時隙 (即多址接入階段）采用了STBC編碼器將OFDM調(diào)制和MIM0技術(shù)融合起來，集合了OFDM調(diào) 制和MIM0技術(shù)的優(yōu)點，中繼節(jié)點接收、疊加信號后，采用最大似然譯碼完成了物理層網(wǎng)絡(luò) 編碼的映射。本發(fā)明不僅提高了通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，而且降低了通信系統(tǒng)的誤碼率。與 傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼相比，本發(fā)明的通信方法吞吐量約為傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信技術(shù)的 1. 5倍；當(dāng)誤碼率公邱為10 -S時，本發(fā)明的通信方法的編碼增益約為0. 8地。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的通信模型示意圖。
[0016] 圖2為誤碼率隨信噪比的變化曲線。
[0017] 圖3為通信網(wǎng)絡(luò)吞吐量隨信噪比的變化曲線。
【具體實施方式】
[001引下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0019] 參照圖1，實施例的通信模型用W說明基于MIM0-0抑M的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的 原理，設(shè)計物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的映射規(guī)則，研究該技術(shù)下物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的性能。實施例的通 信方法的具體步驟如下； 步驟一；源節(jié)點A和源節(jié)點B在第一個時隙分別生成源信號，源信號經(jīng)符號映射形成 基帶信號，使用IDFT將每一基帶信號串并轉(zhuǎn)換為N個子信號，N個子信號經(jīng)過OFDM調(diào)制和 STBC編碼器后，依次由不同的天線進行發(fā)射。源節(jié)點A和源節(jié)點B用于發(fā)射信號的天線數(shù) 目均為N個。
[0020] 步驟二；N個子信號通過中繼節(jié)點處的N個接收天線被中繼節(jié)點接收，中繼節(jié)點將 接收信號疊加W得到混合信號。
[0021] 步驟混合信號依次經(jīng)信道估計、信道合并和最大似然譯碼器并得到解碼信號， 解碼信號經(jīng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼和STBC編碼器處理并得到廣播信號，將廣播信息于第二個時 隙（即廣播階段）發(fā)射出去。
[0022] 步驟四；源節(jié)點A和源節(jié)點B分別接收廣播信息并對接收的廣播信號進行STBC譯 碼，得到廣播信號的估計值，將廣播信號的估計值分別與本地碼字進行異或操作W得到對 方信息，完成一次信息交換。源節(jié)點A和源節(jié)點B的信息交換方式相同，W源節(jié)點A獲取源 節(jié)點B的信息為例，源節(jié)點A接收廣播信號并對其進行STBC譯碼，源節(jié)點A利用其緩存中 的本地碼字還原經(jīng)STBC譯碼的廣播信號，最終獲得源節(jié)點B發(fā)送的信息。
[0023] 本實施例的通信方法適用于由無人機組網(wǎng)通信系統(tǒng)提取出來的雙向中繼系統(tǒng)傳 輸模型。
[0024] 本實施例中，步驟一源節(jié)點A和源節(jié)點B均工作在半雙工模式，源節(jié)點A和 源節(jié)點B的信號發(fā)射功率相同。本實施例中，步驟一中兩個源節(jié)點向中繼節(jié)點隨機發(fā) 送200000個0、1代碼；各個步驟中的信道均為加性高斯白噪聲信道，即噪聲方差為 D^雙邊功率譜密度為巧/'2的信道。
[0025] 經(jīng)仿真實驗，本發(fā)明的通信方法與傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法相比，誤碼率 公劍淀信噪比前變化曲線如圖2所示。圖2中，橫坐標(biāo)表示信噪比5M?，其范圍為[0, 10] 地；縱坐標(biāo)表示誤碼率公i呢其范圍為[1(T6, 10°]。由圖2可知，本發(fā)明的通信方法的誤碼率 公份?低于傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信的誤碼率公份?;當(dāng)誤碼率公邱為1(T5時，本發(fā)明的通信方 法的編碼增益約為0.8地。
[0026] 經(jīng)仿真實驗，本發(fā)明的通信方法與傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法相比，網(wǎng)絡(luò)吞 吐量隨信噪比前變化曲線如圖3所示。圖3中，橫坐標(biāo)表示信噪比5M?，其范圍為[0, 10] 地；縱坐標(biāo)表示吞吐量，其范圍為[0, 600]。由圖3可知，相較于傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信 技術(shù)而言，本發(fā)明的通信方法吞吐量約為傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信技術(shù)的1.5倍，本發(fā)明 的通信方法的通信性能得到提升。
[0027] W上所述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而并非本發(fā)明可行實施的窮舉。對 于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對其所作出的任何顯而 易見的改動，都應(yīng)當(dāng)被認為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 基于MIMO-OFDM和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法，其特征在于其包括以下步驟： 步驟一：源節(jié)點A和源節(jié)點B在第一個時隙生成信號并依次分別經(jīng)符號映射、串并轉(zhuǎn) 換、OFDM調(diào)制和STBC編碼器后從不同的天線發(fā)射出去，源節(jié)點A和源節(jié)點B用于發(fā)射信號 的天線數(shù)目相同； 步驟二：中繼節(jié)點利用天線接收步驟一中發(fā)射的信號，并將接收信號疊加得到混合信 號； 步驟三：所述混合信號依次經(jīng)最大似然譯碼器、物理層網(wǎng)絡(luò)編碼和STBC編碼器處理， 生成廣播信號，將所述廣播信息于第二個時隙發(fā)射出去； 步驟四：源節(jié)點A和源節(jié)點B分別接收所述廣播信息，源節(jié)點A和源節(jié)點B分別利用各 自緩存中的信號還原廣播信號以獲得對方節(jié)點發(fā)送的信息，完成一次信息交換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MIM0-0FDM和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法，其特征在于 步驟一中源節(jié)點A和源節(jié)點B均工作在半雙工模式，源節(jié)點A和源節(jié)點B的信號發(fā)射功率 相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于MIM0-0FDM和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法，其特征在于 步驟一中使用IDFT實現(xiàn)信號的串并轉(zhuǎn)換。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于MMO-OFDM和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法，其特征在于 步驟二中中繼節(jié)點用于接收信號的天線數(shù)目和源節(jié)點A或源節(jié)點B用于發(fā)射信號的天線數(shù) 目一致。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的基于MMO-OFDM和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方 法，其特征在于所述通信方法用于由無人機組網(wǎng)通信系統(tǒng)提取出來的雙向中繼系統(tǒng)傳輸模 型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于MIMO-OFDM和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法。本發(fā)明旨在進一步提高無線通信系統(tǒng)的性能，提高通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低通信系統(tǒng)的誤碼率，本發(fā)明提供了基于MIMO-OFDM和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的通信方法。本發(fā)明包括多址接入階段的OFDM調(diào)制和STBC編碼，中繼節(jié)點處的信號接收和信號疊加，疊加信號極大似然譯碼、物理層網(wǎng)絡(luò)編碼和STBC編碼，以及接受廣播信號并還原對方信息。本發(fā)明不僅提高了通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，而且降低了通信系統(tǒng)的誤碼率。與傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼相比，本發(fā)明的通信方法吞吐量約為傳統(tǒng)物理層網(wǎng)絡(luò)編碼通信技術(shù)的1.5倍；當(dāng)誤碼率BER為10-5時，本發(fā)明的通信方法的編碼增益約為0.8dB。
【IPC分類】H04L27-26, H04L1-00
【公開號】CN104836643
【申請?zhí)枴緾N201510189407
【發(fā)明人】胡永江, 王永川, 王長龍, 袁全盛, 楊志民
【申請人】中國人民解放軍軍械工程學(xué)院
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月21日