基于plnc的双向ofdm多中继系统中的联合子载波抑制与中继选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，设及双向无线多中继系统的高效传输技术，为一 种基于PLNC的双向OFDM多中继系统中的高效传输技术，尤其设及一种基于化NC的双向OFDM 多中继系统中的联合子载波抑制与中继选择方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动互联网的蓬勃发展，移动通信对高速数据传输的需求越来越高。作为宽 带需求最基本的支撑，频谱资源稀缺问题愈加突出和严重。因此，在频谱资源受限的条件 下，如何进一步提高移动通信系统的频谱利用率和吞吐量是下一代移动通信系统设计中亟 需解决的重要问题之一。
[0003] 正交频分复用（(Orthogonal Frequen巧 Division Multiplexing,(FDM)技术，由 于其具有高频谱利用率W及很好的抗多径衰落能力等特点，已经成为第四代移动通信标志 性的物理层传输承载技术"A.Doufexi,and S.Armour.Design considerations and physical layer performance results for a 4G OFDM system employing dynamic subcarrier allocation.Proc.IE邸 PIMRC,Sept.2005:357-361."。为了扩大基站覆盖范 围、获得分集增益，协同中继技术"Roya Arab Loodaricheh,化anlchanaad Mallick,and Vijay K.Bhargava.Distributed subcarrier Pairing and relay selection for OFDM based cooperative relay networks.Proc. IE邸 WCNC,Apri 2013:3557-3562."作为下一 代无线通信系统中的关键技术之一引起了学术界和业界的广泛关注。中继节点通过放大转 发或者译码转发方式将源节点的信息转发给目的节点。在双向无线中继网络中，与传统的 多跳传输相比，物理层网络编码（Physical Layer Network Coding,化NC) "S.Zhang, S.C.Liew,and P.P.Lam.Hot topic : physical-layer network coding.Proc.Int.Conf.Mobile Computing and Networking,2006:358-365"，"S.Katti, S.Gollakota,and D.Katabi.Embracing wireless interference :analog network coding.Proc.Conf.Applicat,Technol,Archit and Protocols for Comput.Commun., 2007:397-408."能够成倍提高系统的吞吐量性能。目前，在协同中继系统中，PLNC技术已成 为研究的热点问题之一。
[0004] 在双向多中继系统中，受限于信道最差的中继，利用所有中继进行信息转发的方 式不一定能够提高系统性能。利用中继选择技术^iaochen Xia,Kui Xu,Wenfeng Ma,and Youyun Xu.On the Design of Relay Selection Strategy for Two-Way Amplify-and-化rward Mobile Relaying.IET Commu.2013，Vol.7(17) :1948-1957."通过在多个中继中 选择一个或多个信道条件好的中继转发信息，能够获得分集增益从而提高系统误比特率性 會K。文南犬''J. Ieithon, S. Sumei ,and Y. Chau. Relay Selection Algorithms for Analo邑 化twork Coding 0抑M Systems.IE邸 Communication Letters,2012,vol.16(9):1442-1445."提出一种基于模拟网络编码的OFDM系统最小最大中继选择方法。该方法选择最小信 道增益最大的中继来转发信息。仿真结果表明，与双向OFDM单中继系统相比，最小最大中继 选择方法可W大幅提高系统的误码率和吞吐量性能。
[0005] 为了进一步提高化NC-OFDM双向多中继系统的传输可靠性，文献"G. Bartol i， R.Fantacci,D.Marabissi,and R.Simoni.Subcarriers Suppression Methods for OFDM Systems with Decode-and-Forward Network Coding. IEEE Trans. ,Wireless Communication，2013，vol. 12( 12): 6034-6042 /'提出两种子载波抑制方法/子载波抑制" 即在OFDM系统中放弃使用信道条件差的子载波而仅使用信道条件好的子载波来进行信息 传输。信息传输之前，系统给定一个抑制口限值，信道增益的绝对值高于该口限值的子载波 被用来传输信息而信道增益的绝对值低于该口限值的子载波则被放弃不用。子载波抑制能 够大幅提高系统误比特率性能。在多径瑞利衰落信道条件下，子载波抑制在降低系统误比 特率的同时，也会带来一定的系统吞吐量损失。
[0006] 通过将网络编码的思想应用在无线广播通信中，能够有效的提高广播的效率，现 阶段已有的专利成果如下：
[0007] 通过将网络编码的思想应用在无线中继通信中，能够有效的提高中继通信的传输 效率，现阶段已有的专利成果如下：
[0008] 1.上海交通大学提出的无线网络模拟网络编码方法，本发明公开了一种无线网络 模拟网络编码方法，包括W下步骤:对接收到的重叠数据帖通过互相关运算检测出已知帖 和目标帖的起始点和结束点;对数据进行频率偏移检测和补偿;再进行信道参数估计;再根 据得到的信道参数，去除重叠数据帖中的已知帖，对目标帖进行恢复和重采样，重新获取采 样点;对采样后的数据进行解码。本发明可W扩展模拟网络编码的应用范围，提高无线网络 中的频谱利用率。
[0009] 2.中国计量学院提出的双向中继信道模型的正交差分空时网络编码方法，本发明 公开了一种双向中继信道模型的正交差分空时网络编码方法，所述模型包括两个信源和， 一个中继R，信源引入多天线机制，配备有多个天线;包括如下步骤:信号传输过程分为两个 阶段:信源传输阶段，比特流通过星座映射、Alamouti编码、差分空时调制，得到发射信号矩 阵；中继广播阶段，实现信号的接收、检测、解调，然后实现两信源信息的异或网络编码、差 分调制，并映射为发送符号，广播给两信源;其中信号接收时采用多分组处理，采用多符号 差分球形译码完成信号检测，对上行链路中继和下行链路信源的接收信号译码都适用。
[0010] 3.西安交通大学提出的一种双向中继系统中自适应变时隙模拟网络编码策略，本 发明提供一种双向中继系统中自适应变时隙模拟网络编码策略，该策略基于瞬时信道信 息，在不改变系统平均功率与协作周期的条件下，W最大化瞬时互信息量的原则动态调整 传输时隙数，理论分析和仿真结果表明，与固定时隙的模拟网络编码策略相比，本发明所提 出的策略在获得分集增益的同时降低了中断概率，另外，本发明方法采用简单的等功率分 配方案能够获得近似最优的性能。
[0011] 4.哈尔滨工业大学深圳研究生院提出的基于FQPSK调制的物理层网络编码系统及 方法，本发明提供了一种基于FQPSK调制的物理层网络编码方法及系统，该基于FQPSK调制 的物理层网络编码方法，发射端单元包括执行如下步骤:A.两个信号源分别发射原始信息 XA和XB;B.将两个原始信息XA和XB分别调制之后调制到高频载波上面变成发射信号ZA和ZB; C.中继模块接收到混合后的信号表示为:￥^〇 = ^4(〇+11(〇] + ^6(*)+11'（*)]，化(〇表示 接收到的混合波形信号。本发明的有益效果是使用FQPSK调制对物理层网络编码信号进行 恒包络保护，成功解决了在中继处对叠加信号的检测与分类问题，使用波形簇分类准则代 替已有的星座分类准则，避开了 FQPSK调制星座无规则运一缺点。
[0012] 5.中国空间技术研究院和深圳大学提出的在中继系统中通过信道量化进行物理 层网络编码的方法，本发明设及在中继系统中通过信道量化进行物理层网络编码的方法， 包括如下步骤:将表示所述两个端节点到所述中继节点的信道矩阵进行QR分解，并对接收 向量乘WQ矩阵，得到分别表示第一端节点和第二端节点发送到所述中继节点信号的第一 中间层信号和第二中间层信号;利用所述第二中间层信号对所述第二端节点发送的编码信 号进行估值，得到所述第二端节点发送的信号估值;利用第一中间层信号和第二中间层信 号估值，对所述第一端节点和第二端节点发送的编码信号进行估值，得到所述中继节点收 到的复合信号的估值，得到网络编码;其中，所述估值步骤包括根据所述第一中间层信号表 达式中不同的参数值，对其进行量化和映射。实施本发明的一种中继系统上行信道的量化 方法，具有W下有益效果:其计算简单、效率较高。
[0013] 6.哈尔滨工业大学提出的基于MQAM调制方式的物理层网络编码的无线通信方法， 基于MQAM调制方式的物理层网络编码的无线通信方法，设及一种无线通信领域。本发明解 决了现有的传输方式在双向中继信道中需要的=个时隙、四个时隙导致系统性能低的问 题。具体方法为，对用户化、化的编码比特信息Si、S2进行MQAM调制，得到调制后的信号si(t)、 S2(t)并同时向中继节点NR发送，中继节点N时尋其直接相加得到和信号rR(t)并对rR(t)进行 判决，将判决结果进一步映射为Si和S2的网络编码信息Sr;之后中继节点Nr对Sr重新进行 MQAM调制，并将已调信号SR(t)向用户节点化和化广播，化、化分别对接收到的SR(t)进行解 调，将得到网络编码信息Sr与保存在该用户的本地缓存中的发送信息进行按位比特异或运 算，W获得另一用户的比特信息，从而实现一次信息交换过程。本发明适用于无线通信。
[0014] 7.哈尔滨工业大学提出的基于MFSK调制方式的物理层网络编码的无线通信方法， 本发明设及无线通信领域。它是通过压缩数据通信的时隙数目进而实现提高无线通信系统 的性能。其方法:分别将两个用户节点发送的编码后的比特信息进行MFSK调制，并同时发送 给中继节点；中继节点进行相加获得和信号;并进行判决后映射为网络编码的比特信息;然 后进行MFSK调制后向两个用户节点广播;两个用户分别对广播的调制信号进行解调，并分 别将与保存在本地缓存中的对应的调制信号进行按位进行比