专利名称：基于网络编码的双工无线中继通信方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及协作中继通信技术和网络编码技术，更进一步涉及一种基于网络编码的双工无线中继通信方法，可用于多址接入中继通信系统。
背景技术：
随着各种无线通信业务和宽带数据业务的不断发展，无线资源尤其是频谱资源变得日趋紧张。为了充分利用有限频谱资源和提高数据传输速率，国际电信联盟ITU将无线中继技术作为下一代无线通信系统关键候选技术之一。但是中继传输的引入会导致系统频谱利用率的下降。为了解决这个问题，有学者提出了将网络编码技术应用于无线中继系统。该技术将多个用户的信息在中继站进行合并处理，来达到节省资源、提高系统的吞吐量和频谱利用率的作用，是有效提高无线多址接入中继通信系统传输效率的解决办法之一。为了在提高系统频谱效率的同时改善系统的误码性能，有学者提出了在中继站处进行联合叠加调制-网络编码的方法。该方案在多址接入中继模型下的步骤是第一，用户终端广播信号给中继站和基站。第二，中继站对接收到的每路用户信号进行逐次解码，然后分别对解码后的用户信息进行调制，最后将两个用户调制信号叠加后转发给基站。第三，基站利用直接来自用户终端的信号和来自中继站的合并信号来恢复用户信息。根据两个用户调制信号的叠加形式，叠加调制-网络编码的联合设计方案主要包括两种类型一种是线性叠加方案，另一种是正交叠加方案。在线性叠加方案中，中继站直接将两个用户调制信号进行线性叠加，该方法存在的不足之处是合并信号中的两个用户调制信号在传输过程中会互相干扰，从而降低了系统的误码性能，同时也不利于向高阶调制方向扩展。在正交叠加方案中，中继站将两个用户调制信号分别调制到信号空间的正交分量和同相分量上，这样两个用户调制信号在传输过程中互不影响，解决了用户信号间干扰的问题，但该方法存在的不足之处是中继站通常采用与用户终端相同的映射方式，这样会导致用户终端与中继站的联合星座呈现出一维的 特征，并没有充分利用空间的维度，这意味着系统的误码性能并没有达到优化。因此，如何利用叠加调制-网络编码设计一种中继转发方法来进一步改善系统的误码性能，是目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于网络编码的双工无线中继通信方法，以在提高传统译码转发中继系统频谱利用率的同时，改善正交叠加系统的误码性能。本发明的基本思路是，在中继站，首先对接收到两个用户信号进行译码得到用户信息，然后对用户信息进行星座重排，最后利用M阶脉冲幅度调制M-PAM信号的一维特性以及信号空间的正交特性来实现两个用户的叠加；基站则通过乘运算和取实或虚操作分离出两个用户信号，然后采用最大似然解调算法来处理直传信号和中继信号，从而获得两个用户的估计信息。其具体实现步骤如下
(I)用户A以广播形式发送信息在时隙1，用户A将要发送的信息进行M阶脉冲幅度调制M-PAM，并将调制信号Xa广播出去，其中M满足M = 2k，k为大于O的整数；中继站与基站分别接收到用户A所发送的信号，并记作Yak和Yad
权利要求
1.一种基于网络编码的双工无线中继通信方法，包括步骤如下(1)用户A以广播形式发送信息在时隙1，用户A将要发送的信息进行M阶脉冲幅度调制M-PAM，并将调制信号Xa广播出去，其中M满足:M = 2k，k为大于O的整数；中继站与基站分别接收到用户A所发送的信号，并记作Yak和Yad Yar — hAEXA+nAE Yad — hADXA+nAD其中，Yak表示中继站从用户A所接收到的信号，Yad表示基站从用户A所接收到的信号， hAK表示用户A到中继站R的信道衰减系数，U表示用户A到基站D的信道衰减系数，nAK表示从用户A到中继站R传输过程中在R处的加性高斯白噪声，Iiad表示从用户A到基站D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；(2)用户B以广播形式发送信息在时隙2，用户B将要发送的信息进行M阶脉冲幅度调制M-PAM，并将调制信号Xb广播出去，其中M满足:M = 2k，k为大于O的整数；中继站与基站分别接收到用户B所发送的信号，并记作Ybk和Ybd Ybr — hBRXB+nBR Ybd 一 hBDXB+nBD其中，Ybk表示中继站从用户B所接收到的信号，Ybd表示基站从用户B所接收到的信号， hBK表示用户B到中继站R的信道衰减系数，hBD表示用户B到基站D的信道衰减系数，nBK表示从用户B到中继站R传输过程中在R处的加性高斯白噪声，nBD表示从用户B到基站D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；(3)中继站进行网络编码3a)在时隙3，中继站分别对接收到两个用户A和B的信号进行解调，得到解调后的比特信息；3b)中继站对解调后的比特信息进行星座重排，即采用与用户终端A和B不同的M-PAM 映射方式，对这两个用户的解调比特信息重新进行调制，得到用户A的调制信号X' A和用户B的调制信号X' B；3c)将上述经过星座重排后的调制信号X' A和乩X' B别调制到信号空间的同相分量和正交分量上去，得到正交叠加信号Χκ，并将其转发给基站Xk = X' A+jX' B其中j代表虚数单元；(4)基站进行网络解码4a)在时隙3，基站接收到来自中继站的信号Ykd Yrd — hEDXE+nED其中，1 表示中继站R到基站D的信道衰减系数，nED表示从中继站R到基站D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；4b)从中继站的信号Ykd中分离出两个用户A和B信号，并分别记作Xak和Xbk
2.根据权利要求1所述的基于网络编码的双工无线中继通信方法，其中所述步骤3a) 中的解调是采用与用户终端调制相对应的解调方式。
3.根据权利要求1所述的基于网络编码的双工无线中继通信方法，其中所述步骤3b) 中采用与用户终端A和B不同的M-PAM映射方式，其映射方式应满足用户终端A和B星座图中相邻的星座点在中继站进行星座重排后变得不再相邻。
4.根据权利要求1所述的基于网络编码的双工无线中继通信方法，其中所述步骤4b) 所述的从中继站的信号Ykd中分离出两个用户A和B信号，按如下步骤进行4bl)基站通过信道估计算法，获取中继站R到基站D的信道衰减系数Iied ；4b2)基站对信道衰减系数hKD取复共轭，并与接收到来自中继站的信号Yed相乘；4b3)基站对相乘后的信号取实部操作和取虚部操作，得到包含用户A比特信息的信号 Re[H]和包含用户B比特信息的信号
全文摘要
本发明公开了一种基于网络编码的双工无线中继通信方法，主要解决现有技术频谱效率较低、系统误码性能偏高的问题。其实现步骤为(1)在时隙1，用户A发送调制信号；(2)在时隙2，用户B发送调制信号；(3)在时隙3，中继站进行网络编码，首先对接收到的两个用户信号进行解调，然后进行星座重排，并正交合并后转发出去；(4)在时隙3，基站进行网络解码，首先对接收到的合并信号进行用户信号分离，然后分别联合前两个时隙所接收的信号进行最大似然解调，从而恢复出两个用户估计信息。本发明在提高传统译码转发中继系统频谱利用率的同时，进一步改善了正交叠加系统的误码性能。
文档编号H04L1/00GK103051427SQ20131002840
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者王勇, 韦剑峰, 葛建华, 李靖, 李毅, 宫丰奎 申请人:西安电子科技大学