基于mimo-ofdm和物理层网络编码的通信方法
【技术领域】
[OOOU 本发明设及无线通信技术领域，具体设及基于MIM0-0抑M和物理层网络编码的通 信方法。
【背景技术】
[0002] 在无线通信系统中，发射机和接收机之间存在多条时延不同的无线传播路径，弓I 起多径效应。当多径的最大时延大于码字持续时间，会引起频率选择性衰落。信号的多径 扩散造成码间干扰（InterSymbolInte计erence码间干扰，简称ISI)，并导致传输过程中 误码率升高。而正交频分复用（OrthogonalRrequen巧DivisionMultiplexing正交频 分复用，简称OFDM)技术可将高速传输的串行数据转换成多路并行的低速数据，并调制到相 对独立的正交子载波上进行传输，使得无线信道中多径时延产生的时间弥散性对通信系统 造成的影响减弱，提高通信系统的抗干扰能力。
[0003] 对于SIS0(SingleI吨utSingleOu化ut单输入单输出，简称SIS0)系统，其 吞吐量仍无法满足现代无线通信的需求，而目前在理论上已经证明MIM0(MultipleI吨ut MultipleOu化ut多输入多输出，简称MIM0)技术能极大地提高无线通信系统的性能和容 量。
[0004] 物理层网络编码可W使网络吞吐量比直接网络编码传输模式和传统信息传输模 式分别提高50%和100%，信息传输速率也分别提高50%和100%，该些都显现出物理层网络 编码的优越性。为了进一步扩展通信网络的吞吐量和提高信息传输速率，探索MIM0-0FDM 和物理层网络编码相融合的新型通信技术十分必要。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在进一步提高无线通信系统的性能，提高通信系统的网络吞吐量，降低 通信系统的误码率，本发明提供了基于MIM0-0抑M和物理层网络编码的通信方法。
[0006] 为解决W上技术问题，本发明的技术方案为： 基于MIM0-0FDM和物理层网络编码的通信方法，其特征在于其包括W下步骤： 步骤一；源节点A和源节点B在第一个时隙生成信号并依次分别经符号映射、串并转 换、(FDM调制和STBC编码器后从不同的天线发射出去，源节点A和源节点B用于发射信号 的天线数目相同。
[0007] 步骤二：中继节点利用天线接收步骤一中发射的信号，并将接收信号叠加得到混 合信号。
[000引步骤S;所述混合信号依次经最大似然译码器、物理层网络编码和STBC编码器处 理，生成广播信号，将所述广播信息于第二个时隙发射出去。
[0009] 步骤四；源节点A和源节点B分别接收所述广播信息，源节点A和源节点B分别利 用各自缓存中的信号还原广播信号W获得对方节点发送的信息，完成一次信息交换。
[0010] 具体的，步骤一中源节点A和源节点B均工作在半双工模式，源节点A和源节点B 的信号发射功率相同。
[0011] 具体的，步骤一中使用离散傅里叶逆变换（InverseDiscreteF'ourier Transform离散傅里叶逆变换，简称IDFT)实现信号的串并转换。
[0012] 具体的，步骤二中中继节点用于接收信号的天线数目和源节点A或源节点B用于 发射信号的天线数目一致。
[001引具体的，基于MIM0-0抑M和物理层网络编码的通信方法用于由无人机组网通信系 统提取出来的双向中继系统传输模型。
[0014] 本发明的有益效果；本发明的通信方法在双向中继系统传输模型的第一个时隙 (即多址接入阶段）采用了STBC编码器将OFDM调制和MIM0技术融合起来，集合了OFDM调 制和MIM0技术的优点，中继节点接收、叠加信号后，采用最大似然译码完成了物理层网络 编码的映射。本发明不仅提高了通信系统的网络吞吐量，而且降低了通信系统的误码率。与 传统物理层网络编码相比，本发明的通信方法吞吐量约为传统物理层网络编码通信技术的 1. 5倍；当误码率公邱为10 -S时，本发明的通信方法的编码增益约为0. 8地。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的通信模型示意图。
[0016] 图2为误码率随信噪比的变化曲线。
[0017] 图3为通信网络吞吐量随信噪比的变化曲线。
【具体实施方式】
[001引下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0019] 参照图1，实施例的通信模型用W说明基于MIM0-0抑M的物理层网络编码技术的 原理，设计物理层网络编码的映射规则，研究该技术下物理层网络编码的性能。实施例的通 信方法的具体步骤如下； 步骤一；源节点A和源节点B在第一个时隙分别生成源信号，源信号经符号映射形成 基带信号，使用IDFT将每一基带信号串并转换为N个子信号，N个子信号经过OFDM调制和 STBC编码器后，依次由不同的天线进行发射。源节点A和源节点B用于发射信号的天线数 目均为N个。
[0020] 步骤二；N个子信号通过中继节点处的N个接收天线被中继节点接收，中继节点将 接收信号叠加W得到混合信号。
[0021] 步骤混合信号依次经信道估计、信道合并和最大似然译码器并得到解码信号， 解码信号经物理层网络编码和STBC编码器处理并得到广播信号，将广播信息于第二个时 隙（即广播阶段）发射出去。
[0022] 步骤四；源节点A和源节点B分别接收广播信息并对接收的广播信号进行STBC译 码，得到广播信号的估计值，将广播信号的估计值分别与本地码字进行异或操作W得到对 方信息，完成一次信息交换。源节点A和源节点B的信息交换方式相同，W源节点A获取源 节点B的信息为例，源节点A接收广播信号并对其进行STBC译码，源节点A利用其缓存中 的本地码字还原经STBC译码的广播信号，最终获得源节点B发送的信息。
[0023] 本实施例的通信方法适用于由无人机组网通信系统提取出来的双向中继系统传 输模型。
[0024] 本实施例中，步骤一源节点A和源节点B均工作在半双工模式，源节点A和 源节点B的信号发射功率相同。本实施例中，步骤一中两个源节点向中继节点随机发 送200000个0、1代码；各个步骤中的信道均为加性高斯白噪声信道，即噪声方差为 D^双边功率谱密度为巧/'2的信道。
[0025] 经仿真实验，本发明的通信方法与传统物理层网络编码的通信方法相比，误码率 公剑淀信噪比前变化曲线如图2所示。图2中，横坐标表示信噪比5M?，其范围为[0, 10] 地；纵坐标表示误码率公i呢其范围为[1(T6, 10°]。由图2可知，本发明的通信方法的误码率 公份?低于传统物理层网络编码通信的误码率公份?;当误码率公邱为1(T5时，本发明的通信方 法的编码增益约为0.8地。
[0026] 经仿真实验，本发明的通信方法与传统物理层网络编码的通信方法相比，网络吞 吐量随信噪比前变化曲线如图3所示。图3中，横坐标表示信噪比5M?，其范围为[0, 10] 地；纵坐标表示吞吐量，其范围为[0, 600]。由图3可知，相较于传统物理层网络编码通信 技术而言，本发明的通信方法吞吐量约为传统物理层网络编码通信技术的1.5倍，本发明 的通信方法的通信性能得到提升。
[0027] W上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对 于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而 易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 基于MIMO-OFDM和物理层网络编码的通信方法，其特征在于其包括以下步骤： 步骤一：源节点A和源节点B在第一个时隙生成信号并依次分别经符号映射、串并转 换、OFDM调制和STBC编码器后从不同的天线发射出去，源节点A和源节点B用于发射信号 的天线数目相同； 步骤二：中继节点利用天线接收步骤一中发射的信号，并将接收信号叠加得到混合信 号； 步骤三：所述混合信号依次经最大似然译码器、物理层网络编码和STBC编码器处理， 生成广播信号，将所述广播信息于第二个时隙发射出去； 步骤四：源节点A和源节点B分别接收所述广播信息，源节点A和源节点B分别利用各 自缓存中的信号还原广播信号以获得对方节点发送的信息，完成一次信息交换。
2. 根据权利要求1所述的基于MIM0-0FDM和物理层网络编码的通信方法，其特征在于 步骤一中源节点A和源节点B均工作在半双工模式，源节点A和源节点B的信号发射功率 相同。
3. 根据权利要求2所述的基于MIM0-0FDM和物理层网络编码的通信方法，其特征在于 步骤一中使用IDFT实现信号的串并转换。
4. 根据权利要求3所述的基于MMO-OFDM和物理层网络编码的通信方法，其特征在于 步骤二中中继节点用于接收信号的天线数目和源节点A或源节点B用于发射信号的天线数 目一致。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的基于MMO-OFDM和物理层网络编码的通信方 法，其特征在于所述通信方法用于由无人机组网通信系统提取出来的双向中继系统传输模 型。
【专利摘要】本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及基于MIMO-OFDM和物理层网络编码的通信方法。本发明旨在进一步提高无线通信系统的性能，提高通信系统的网络吞吐量，降低通信系统的误码率，本发明提供了基于MIMO-OFDM和物理层网络编码的通信方法。本发明包括多址接入阶段的OFDM调制和STBC编码，中继节点处的信号接收和信号叠加，叠加信号极大似然译码、物理层网络编码和STBC编码，以及接受广播信号并还原对方信息。本发明不仅提高了通信系统的网络吞吐量，而且降低了通信系统的误码率。与传统物理层网络编码相比，本发明的通信方法吞吐量约为传统物理层网络编码通信技术的1.5倍；当误码率BER为10-5时，本发明的通信方法的编码增益约为0.8dB。
【IPC分类】H04L27-26, H04L1-00
【公开号】CN104836643
【申请号】CN201510189407
【发明人】胡永江, 王永川, 王长龙, 袁全盛, 杨志民
【申请人】中国人民解放军军械工程学院
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月21日