一种基于物理层网络编码的解码方法及相应数据处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，尤其涉及基于物理层网络编码的解码方法及相应数据 处理方法。
【背景技术】
[0002] 近年来随着无线通信技术的进步和移动互联网的大规模应用，无线网络和通信已 经成为一种越来越受欢迎的网络接入方式和通信技术，深刻地改变了人们的生活。随着网 络规模的扩大和数据通信的迅猛增长，这给现有的无线通信技术带来了新的挑战。物理层 网络编码[1]在无线网络中的应用是近年来的研究热点。物理层网络编码利用电磁波在传 输过程中的叠加特性，进一步挖掘了无线网络的通信潜力，从而有效地提升了无线网络的 吞吐率。
[0003] 如图1所示，在一个双向中继无线网络中，终端节点A和和B想通过中继节点R各 自发送一条信息给对方，在没有物理层网络编码和半双工通信的情况下，最少需要4个时 隙。在第一和第二个时隙中，A、B各发一条信息给R，在第三、四个时隙中，R分别把收到的 2条信息依次发送出去。而在使用了物理层编码之后则只需要2个时隙就可完成信息的交 换：在第一个时隙中A和B同时发送信息给R，R对收到的信息进行编码；在第二个时隙中， R将编码后信息同时发送给A和B，A、B在接收到编码信息之后，根据自己已有的信息，就可 解码出对方发送的信息。
[0004] 此前的物理层网络编码的研究主要集中在单路径衰落的信道中。然而，在实际的 通信环境中，多径衰落的信道是几乎是难以避免的，因为电磁波信号在传输过程中往往受 到其他物体反射，所以在接收端接收到的信号是多条路径叠加起来的发生了畸变的信号。 因此，研究物理层网络编码在多径衰落信道中的数据处理具有重要的现实意义。
[0005] 在异步物理层网络编码中[2] [3]，作者主要研究了物理层网络编码在加性高斯白 噪声（AWGN)信道中的应用，因此并没有涉及到多径衰落信道的情形。论文[4]虽然涉及 了物理层网络编码在频率选择性信道中的应用，但是其作者假定在网络中信道是完全对称 的，这是不符合实际的。文章[5]在频率上解决了多径衰落给物理层网络编码带来的问题， 但是在频域内，系统的性能往往受到载波频率偏差（CFO)的影响。而在时域中，就不会有 CFO带来的影响，因此研究时域内的物理层网络编码以及基于BP算法的物理层网络编码的 解码方法是很有必要的。
[0006] 引用文献：
[0007] [1]S. Zhang, S. C. Liew, and Ρ· P. Lam，"Hot topic ：physical layer network coding，"in Proc. 12th MobiCom，pages 358-365,New York，NY，USA，2006.
[0008] [2] L. Lu，S. C. Liew and S. Zhang，"Optimal decoding algorithm for asynchronous physical-layer network coding''，in Proc. IEEE ICC，Japan，June 2011.
[0009] [3] L. Lu and S. C. Liew,Asynchronous Physical-layer network coding''，IEEE Trans, on wireless commun. ? vol. 11? no. 2? Feb. 2012.
[0010] [4]U.Bhat and Τ· M. Duman，"Decoding strategies for physical-layer network coding over frequency selective channels''，IEEE Wireless Commutations and Networking Conference，2012.
[0011] [5]X. Xia? K. Xu and Y. Xu，"Asynchronous Physical-layer network coding scheme for two-way OFDM relay''，available at http://arxiv.org/abs/1204.2692， Apr. 2012.
【发明内容】
[0012] 本申请提供基于物理层网络编码的解码方法及相应数据处理方法，能够有效地减 小解码过程中的误码率。
[0013] 根据本申请的第一方面，本申请提供一种基于物理层网络编码的数据处理方法， 包括无线双向中继网络，信息交换过程和中继节点的数据处理；无线双向中继网络包含一 个中继节点R和多个终端节点A、B、C、D，以及R和终端节点A、B、C、D之间的无线多径衰落 信道1-6 ;信息交换过程为：当两个终端节点要各自交互一条信息时，在使用物理层网络编 码的情况下，只需要2个时隙：在第一个时隙中两个终端节点同时发送信息给R，R对收到的 信息进行采样、解码；在第二个时隙中，R将编码数据包同时发送给2个终端节点，终端节点 在接收到编码信息之后，根据自己发送的信息，解码出对方发送的信息；中继节点的数据处 理分别由匹配滤波器2-1、采样器2-2和解码器2-3组成；中继节点接收到的信号r(t)依 次经过上述模块处理之后，得到编码数据包*4你]? s
[0014] 根据本申请的第二方面，本申请提供一种基于物理层网络编码的解码方法，包括： 根据采样得到的数据，运用BP算法进行解码；在解码过程，在信道参数已知的情况下，首先 对根据采样到的信号构造出一个泰勒图并计算出每个证据节点（evidence node)的概率。 然后依据概率信息的传递法则，计算出每个节点发送的数据的后验概率Pl'(? M 最后再 得到编码数据? &IX1的最大后验概率，从而得到最终的编码数据包。
[0015] 本申请提供的基于物理层网络编码的解码方法及相应数据处理方法，是在无线双 向中继网络中的中继节点上，在多径衰落信道环境中物理层网络编码解码器的解码方法。 当两个终端节交互信息时，在第一个时隙内同时向中继节点发送数据。在中继节点上，先对 接收到的数据进行采样，然后运用置信传播（Belief Pr〇pagati〇n，BP)算法，对采样得到的 数据进行解码，得到一个新的编码信息，再把这个编码信息在第二个时隙内广播出去。终端 节点收到后可以根据已发送的信息来解码出对方的信息。