星地混合网络双向中继通信系统mimo-copnc网络传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于双向中继通信领域。
【背景技术】
[0002] 网络编码是一种基于存储、编码和前向的数据分流技术。利用无线传输中广播性 质的潜力来提高无线通信系统的吞吐量。近年来，无论在工业和学术领域，基于中继的无线 网络均是研究热点，因为其提升系统容量及吞吐量的潜力。不同的技术，如传统信息前向、 物理层星座和网络编码均用于基于中继的无线网络中。
[0003] 尽管无线网络中的网络编码可以从广播特性中获得增益，仍然存在信道衰落的问 题。ΜΙΜΟ技术可以通过空间分集增益来提高衰落环境下的系统性能。例如Alamouti方 法，通过STBC编码获得全部增益。所以，通过ΜΜ0技术与网络编码在中继系统中的结合， 既可以通过网络编码和空间复用获得吞吐量的提升，也可以通过空间分集提高传输的可靠 性。因此，为了提高网络编码在衰落信道性能，提出在双向中继网络中一种结合ΜΙΜΟ技术 与STBC编码的传输协议。
[0004] 关于提高双向中继通信网络性能，尤其针对在非对称信道网络中的误码性能的急 剧恶化，已有一些相关研究在进行中。主要想法是应用物理层网络编码，是在物理层进行网 络编码，处理信号接收和调制。它与标准双向网络相比，吞吐量提高到两倍，但是存在的传 输协议误码率低且在非对称信道传输时误码率性能恶化严重的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决传统双向中继通信网络的传输协议误码率高且在非对 称信道传输时误码率性能恶化严重的问题，本发明提供一种星地混合网络双向中继通信系 统MM0-C0PNC网络传输方法。
[0006] 本发明的星地混合网络双向中继通信系统MMO-COPNC网络传输方法，所述方法 包括：星源节点和地面移动源节点同时发送信息，信息通过无线信道中传输，中继节点收到 以电磁波形式叠加的信息，并对其进行处理和联合正交物理层网络编码，得到综合信息，然 后再通过无线信道将综合信息进行广播，相应节点接收信息，并进行译码，星源节点和地面 移动源节点分别获得对方节点发送的信息，实现信息的双向传输。
[0007] 所述方法包括上行传输方法和下行传输方法；
[0008] 上行传输方法包括：
[0009] 星源节点和地面移动源节点的发送数据分别采用正交载波对信息进行BPSK调制 后变频到载频信号，两个源节点的载频信号的相位差为|，所述载频信号经无线信道发送 到中继节点；
[0010] 中继节点对接收到的载频信号去载波和信号判决，获得两个源节点发送数据的估 计值；然后对两个源节点发送数据的估计值进行QPSK调制，得到综合信息；
[0011] 下行传输方法包括：
[0012] 中继节点对综合信息进行正交载波调制，并对调制后的综合信息进行Alamouti 编码，编码后的综合信息经无线信道进行广播；
[0013] 星源节点和地面移动源节点同时接收综合信息，进行Alamouti译码，对译码后的 去载波和信号判决，星源节点和地面移动源节点分别获得对方节点发送的信息，实现信息 的双向传输。
[0014] 所述星源节点与中继节点之间的无线通道采用莱斯衰落信道实现，地面移动源节 点与中继节点之间的无线通道采用Nakagami-m信道模型实现。
[0015] 当星源节点、地面移动源节点与中继节点之间的无线信道仅有一条不可靠时，利 用不可靠信道传输的数据需乘以非对称系数α;当星源节点、地面移动源节点与中继节点 之间的无线信道仅有两条不可靠时，利用不可靠信道传输的数据需乘以非对称系数β 和β的取值范围为（0, 1]，α和β之间的关系爻
[0016] 所述无线信道为阶段非对称信道时，包括：
[0017] 当仅有上行传输时的两条信道不可靠时，利用不可靠信道传输的数据需乘以非对 称系数β;
[0018] 当仅有下行传输时的两条信道不可靠时，利用不可靠信道传输的数据需乘以非对 称系数β。
[0019] 所述无线信道为下行非对称信道，当仅有下行传输时的两条信道中一条信道不可 靠时，利用不可靠信道传输的数据需乘以非对称系数α。
[0020] 所述无线信道为上行非对称信道，当仅有上行传输时的两条信道中一条信道不可 靠时，利用不可靠信道传输的数据需乘以非对称系数α。
[0021] 所述无线信道为节点非对称信道，当仅有星源节点或地面移动源节点与中继节点 之间的两条信道不可靠时，利用不可靠信道传输的数据需乘以非对称系数β。
[0022] 本发明的有益效果在于，当双向中继系统中有一条或者两条上行信道不可靠时， 经常会出现的一种情况是有一个源节点发送的信息被正确传输，而另外一个源节点发送的 信息出现错误。本发明由于应用了C0PNC技术，能够解码出一个正确的比特和一个错误的 比特，所以当上行阶段一个源节点发送的信息正确传输，而另外一个源节点发送的信息出 现错误时，C0PNC会明显提高系统的BER性能。
[0023] 本发明采用联合正交物理层网络编码方案，星源节点和地面移动源节点并不需要 自信息即可解码出期望得到的信息，这是由于在解调过程中由积分器和采样器组成的低通 滤波器已经把混叠的自信息滤除。这样星源节点和地面移动源节点就不必存储自信息用于 解码，节省了系统的存储耗费。
[0024] 本发明在结合ΜΜ0技术与STBC编码的传输协议的基础上，提出一种ΜΜ0技 术与联合正交物理层网络编码（C0PNC)相结合的网络协议，命名为Μ頂0-C0PNC协议。 Μ頂0-C0PNC协议与已存在的网络协议相比，误码性能有很大的提升，尤其在非对称信道场 景中，有优越的性能。
【附图说明】
[0025] 图1为【具体实施方式】二中双向中继通信模型的原理示意图。
[0026] 图2为【具体实施方式】二中上行传输方法的原理示意图。
[0027] 图3为【具体实施方式】二中下行传输方法的原理示意图。
[0028] 图4为【具体实施方式】四中上行传输时的两条信道不可靠时的非对称信道模型 PA-U的原理示意图。
[0029] 图5为【具体实施方式】四中下行传输时的两条信道不可靠时的非对称信道模型 PA-D的原理示意图。
[0030] 图6为【具体实施方式】四中下行传输时的两条信道中源节点A与中继节点R之间的 信道不可靠时的非对称信道模型DA-A原理示意图。
[0031] 图7为【具体实施方式】四中下行传输时的两条信道中源节点B与中继节点R之间的 信道不可靠时的非对称信道模型DA-B原理示意图。
[0032] 图8为【具体实施方式】四中上行传输时的两条信道中源节点A与中继节点R之间的 信道不可靠时的非对称信道模型UA-A原理示意图。
[0033] 图9为【具体实施方式】四中上行传输时的两条信道中源节点B与中继节点R之间的 信道不可靠时的非对称信道模型UA-B原理示意图。
[0034] 图10为【具体实施方式】四中源节点A与中继节点R之间的两条信道不可靠时的非 对称信道模型NA-A原理示意图。
[0035] 图11为【具体实施方式】四中中继节点R与源节点B之间的两条信道不可靠时的非 对称信道模型ΝΑ-B原理示意图。
[0036] 图12为祖M0-C0PNC与祖M0-NC两种协议下，源节点A的误码率性能曲线示意图， 其中，曲线对称-A为本实施方式的MM0-C0PNC协议下在对称信道模型下源节点A的误码 率性能曲线；
[0037] 曲线NA-A为本实施方式的Μ頂0-C0PNC协议下在非对称信道模型NA-A下源节点 Α的误码率性能曲线；
[0038] 曲线DA-A为本实施方式的MM0-C0PNC协议下在非对称信道模型DA-A下源节点 A的误码率性能曲线；
[0039] 曲线UA-A为本实施方式的Μ頂0-C0PNC协议下在非对称信道模型UA-A下源节点 Α的误码率性能曲线；
[0040] 曲线PA-U-A为本实施方式的Μ頂0-C0PNC协议下在非对称信道模型PA-U下源节 点Α的误码率性能曲线；
[0041] 曲线PA-D-A为本实施方式的Μ頂0-C0PNC协议下在非对称信道模型H)-U下源节 点A的误码率性能曲线；
[0042] 曲线对称C-Α为现有MM0-NC协议下在对称信道模型下源节点A的误码率性能曲 线；
[0043] 曲线NAC-A为现有Μ頂0-NC协议下在非对称信道模型NA-A下源节点A的误码率 性能曲线；
[0044] 曲线DAC-A为现有MM0-NC协议下在非对称信道模型DA-A下源节点A的误码率 性能曲线；
[0045] 曲线UAC-A为现有Μ頂0-NC协议下在非对称信道模型UA-A下源节点A的误码率 性能曲线；
[0046] 曲线PAC-U-A为现有MM0-NC协议下在非对称信道模型PA-U下源节点A的误码 率性能曲线；
[0047] 曲线PAC-D-A为现有MM0-NC协议下在非对称信道模型H)-U下源节点A的误码 率性能曲线。
[0048] 图13为祖M0-C0PNC与祖M0-NC两种协议下，源节点B的误码率性能曲线示意图， 其中，曲线对称-B为本实施方式的MM0-C0PNC协议下在对称信道模型下源节点B的误码 率性能曲线；
[0049] 曲线NA-B为本实施方式的Μ頂0-C0PNC协议下在非对称信道模型NA-B下源节点 Β的误码率性能曲线；