专利名称：一种基于网络编码的自由空间光协作中继通信方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于网络编码的自由空间无线光协 作中继通信方法。
背景技术：
自由空间光通信技术(FSO，Free-Space Optics)，又称无线光通信，其是以大气为 传输媒介，以激光为载体，用以传输高速信息的无线通信技术。它是光通信与无线通信的结 合，具有诸多优势，例如高数据传输速率、不占用执照频段以及低设备成本。作为“最后一英 里”问题的一种有发展前景的解决方案，自由空间光通信技术获得了广泛关注。然而，对自 由空间光通信系统来说，大气衰减和大气湍流会严重降低传输可靠性和系统吞吐量。协作中继传输技术通常由发送节点、中继节点和接收节点组成。译码转发(DF， Decode-and-Forward)光协作中继传输技术就是在中继节点将来自发射节点的信号进行译 码，然后再以一定光功率向下一接收节点转发重新编码的信号，又称再生光中继。译码转发 中继方式可消除传输过程中的噪声积累，能够实现远距离、大容量、高质量的数字通信；同 时，可与空时处理技术结合以提供良好的空间分集效应。基于网络编码的译码转发光协作中继作为一种新型的协作传输方法已吸引了极 大的注意力。它能够显著提高系统的吞吐量和可靠性，并且能抵抗链路失效。当前的自由空 间光通信的中继传输技术在多个源节点的场景中还缺乏应用。尤其对于自由空间光通信网 络中，基于网络编码的非正交多源合作(MSC，Multi-sourCe Cooperation)中继方案的研究 才刚刚起步。本专利针对自由空间光通信的MSC中继通信系统，提出一种基于网络编码协 作(NetCC，Network Coding Cooperation)的交织迭代非正交的多源无线光传输方法。该 方法能够使单个中继节点服务于多个源节点，并且能够获得显著的协作分集增益，可降低 系统误码率性能、降低设备成本、减少协作传输时间等。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多源节点的自由空间光协作中继通信方法，以降低系 统误码率性能、降低设备成本、减少协作传输时间。本发明首次提出了基于网络编码协作中继的非正交多源自由空间光通信方法，其 可在两个时隙内完成多源节点协作译码转发中继传输。该中继方法能够获得显著的分集增 益，使一个光中继节点能同时服务于多个源节点。与传统正交光中继传输相比，两个时隙的 多源非正交光中继传输能够显著降低时间开销，可提高系统的吞吐量。本发明的自由空间多源协作中继光传输系统如
图1所示，其由
ι个源节点(源用户，个数无限制)、一个中继节点和目标节点组成。这里，丨表示源节 点，1 < ； {Ur }表示中继节点。中继方法包含两个传输阶段第一阶段，即直接传
6输，如图1 (a)所示。第二阶段，即协作中继传输，如图1 (b)所示。本发明设计的整个中继通信流程将在两个时隙内分两个阶段完成。(1)第一阶段，直接传输。如图ι (a)和图2所示首先，信息比特序列
权利要求
1. 一种基于网络编码的交织迭代多源协作中继自由空间光通信方法，其特征在于采 用网络编码协作中继系统模型，其中，通信节点分为源节点、中继节点和目标接收节点；不 同源节点和中继节点具有不同的伪随机交织器，其交织图案采用对角交织、块交织或Turbo 码内部交织设计方法；通过伪随机交织器产生不同的交织图案，分配给源节点、中继节点； 目标节点利用双时隙，采用基于OOK调制的网络编码中继的交织迭代干扰消除方法，消除 多源信号间的互干扰，检测得到源节点数据；整个中继通信流程分为两个时隙阶段，具体如 下(1)第一时隙发射处理在第一时隙中，每个源节点的媒体接入层对所要传输的数据都设定一定的发射光功 率，并将数据传递到物理层发射模块；在物理层发射模块中，数据首先进行信道编码；再根 据交织图案进行交织，然后进行符号调制；接着根据相应的光功率发射因子，通过驱动激光 调制器将数据发射出去；(2)第一时隙接收处理在第一工作时隙中，目标节点采用直接检测技术；光电二极管的输出信号 叶]利用迭代检测算法进行处理，同时，等待中继节点传来的网络编码中继信号；(3)第二时隙发射处理在第二工作时隙中，中继节点接收激光信号，并进行光电检测；接收模块根据所分配 的交织图案，利用迭代检测算法，进行数据的迭代干扰消除处理；然后，符号解交织、信道译 码，得到信号的对数似然比软信息；而且，将译码所得数据输入到媒体接入层，进行校验和 数据存储；然后，利用网络编码进行多源节点之间的信息合并；接着，重复码编码、符号星 座调制；再根据中继发射光功率，驱动激光调制器，将数据发射出去；(4)第二时隙接收处理在第二时隙目标节点接收过程中，接收模块部分采用直接检测技术，首先进行光电转 换，得到接收电信号；再根据最大似然检测算法对接收信号进行对数似然值计算；然后，利用多源网络译码算法进行网络译码，并将所得似然值|4lSD(cf)，Vij与第一时隙解交织 的对数似然比"[Xmsd合并求和，以实现协作分集增益；随后，将得到的合并对数似然比信息作为译码器的先验信息，进行译码；然后，进行减法运算，获得外部对数似然值；然后，将外部对数似然值做为多源检测模块中下一次迭代的先验信息；如此进行迭代处理，在 最后一次迭代之后，通过硬判决可获得检测到的多源信息比特；其中，所述最大似然检测算法即关于j的对数似然信息LLR的算式为
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述自由空间光中继系统中，中继节点米 用全双工激光收发处理模块，其由接收处理单元与发射处理单元组成；接收处理单元的光 电检测器接收激光信号，并进行迭代干扰消除、符号解交织、信道译码判决，且传送至媒体 接入层进行存储；中继节点发射处理单元将进行信道编码、网络编码、以及符号映射，最后 经由激光调制器发射至接收目标节点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于接收节点采用双重迭代结构的信息检测器ο
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述基于OOK调制的网络编码中继的交织 迭代干扰消除算法如下，具体步骤为(1)计算网络编码中继传输至目标节点的信号对数似然值(2)计算目标节点获得的信号对数似然值
全文摘要
本发明属于无线通信技术领域，具体为一种基于网络编码的非正交自由空间光协作中继通信方法。本发明中，系统的中继节点具有基带信号处理模块，可对中继数据进行网络编码；此外，目标节点利用双重迭代接收机结构以及基于网络编码的迭代检测算法进行多源节点的信息检测。本发明方法可以为目标节点接收机提供空间分集增益。可实现比传统的多源系统更高的传输可靠性；同时，可以减少中继设备开销和提高系统容量。
文档编号H04L1/00GK102075288SQ20101059577
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者刘俊, 周小林, 张成磊, 杨彦东 申请人:复旦大学