基于喷泉码和物理层网络编码的通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及基于喷泉码和物理层网络编码的通信方法。
【背景技术】
[0002]传统传输模式认为中继节点只对信息进行存储和转发，并不对信息进行处理。基于充分利用无线通信中叠加电磁波的目的，Zhang于2006年提出物理层网络编码(Physicallayer network coding,简称PNC)，该技术的中继节点将源节点同时发送的混合信号映射为伽罗华域(GF(2))的数据比特流，把干扰变成了编码操作的一部分。物理层网络编码与传统传输模式相比，信息交换时隙减少一半，网络吞吐量提高一倍，但是误码率有所上升。
[0003]无线网络通信系统传输数据时，由于底层的噪声、干扰和信道变化等原因，导致数据无法准确到达。为此，无线网络通信系统在物理层通过自动重传请求(Automatic RepeatRequest,简称ARQ)或者前向纠错编码(Forward Error Correct1n,简称FEC)等技术来实现数据的可靠传输。然而，ARQ技术不仅会降低频谱利用率，当用户数量大规模增加时，大量的反馈信号还会造成信道的拥塞;FEC技术会降低传输效率，浪费系统的带宽资源。
[0004]喷泉码技术使得发送端可以在信息传输的过程中一边编码一边传输，无固定的码率，而接收端并不关心接收到的具体内容，而是在接收到一定数量的数据包后尝试解码。LT码是一种优良的随机线性喷泉码。当数据包个数足够大时，LT码的译码性能可以无限接近香农限；此外，LT码的稀疏特性使得其编译码复杂度大大降低，提高了其编译码效率。Raptor码将弱化的LT码与一种内码级联起来，与LT码相比，译码效率更高，同时降低了LT码以及LDPC码(Low Density Parity Check Code低密度奇偶校验码，简称LDPC)等内码在信道传输中的错误平层，提高了译码性能。
[0005]为了进一步扩展通信网络的吞吐量和提高信息传输速率，探索喷泉吗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】
[0006]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，避免ARQ或FEC技术在增强通信可靠性的同时所带来的降低频谱利用率、信道拥堵和降低传输效率等问题，本发明提出了一种基于喷泉码和物理层网络编码的通?目方法。
[0007 ]为解决以上技术问题，本发明的技术方案为:
基于喷泉码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在第一个时隙生成数据包bA和bB，数据包bA和bB分别经Raptor码编码器进行编码得到信号XA和XB;源节点A和源节点B利用各自的天线将信号Xa和XB发射至中继节点；
步骤二:中继节点利用天线接收步骤一中发射的信号，并将接收到的信号叠加得到混合信号；所述混合信号经Raptor码译码器译码和物理层网络编码后得到广播信号SR ;中继节点将所述广播信号SR于第二个时隙发射出去；
步骤三:源节点A和源节点B分别接收所述广播信号SR，源节点A和源节点B分别利用各自缓存中的数据包bA和bB还原广播信号SR以获得对方节点发送的信息，完成一次信息交换。
[0008]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。
[0009]具体的，步骤一中信号XA和XB经二元删除信道发送到中继节点。
[0010]具体的，步骤二中所述混合信号经Raptor码译码器译码后得到译码混合信号，对所述译码混合信号以概率P进行物理层网络编码后以概率1-P直接转发至源节点A和源节点B。
[0011]具体的，基于喷泉码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。
[0012]本发明的有益效果:本发明将PNC应用到中继系统中，由于吞吐量的增大，各个节点需要传输的数据量大幅增加，各个端节点与中继节点之间的信道状态不同。若采用ARQ和FRC技术，大量重传的数据包给信道状态较好的端节点造成了信道资源的浪费，降低了整个通信系统的传输效率。本发明将Raptor码应用到中继系统中，端节点不需要大量反馈丢包信息，只需要累积接收数据包，直到尝试解码成功后向中继节点反馈成功解码信息即可，从而减小反馈信道压力，提高信道传输效率。本发明采用机会式物理层网络编码，目的是保证Raptor码中内码部分存在度数为I的LT码码字，以实现Raptor码和物理层网络编码的融合。本发明将Raptor码和物理层网络编码联合设计，解决了物理层网络编码在二元删除信道中传输时的“反馈风暴”问题，降低了系统中译码过程存在的错误平层，提高了信道的传输效率。本发明将Raptor码和PNC联合设计，集合了Raptor码和PNC的技术优点，不仅提高了通信系统的网络吞吐量，降低通信系统的误码率，而且避免了应用ARQ或FEC技术在增强通信可靠性的同时所带来的降低频谱利用率、信道拥堵和降低传输效率等问题。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的通信模型示意图。
[0014]图2为Raptor码编码的流程示意图。
[0015]图3为PNC-Raptor、PNC-LDPC和PNC的误帧性能曲线图。
[0016]图4为不同删除概率下PNC-Raptor和PNC的错误平层图。
[0017]图5为PNC-Raptor的数据恢复性能曲线图。
[0018]图3中，横坐标表示信噪比，其范围为[O，10]dB;纵坐标表示误帧率，其范围为[10一6，1q];实心点实线为仅采用PNC技术的误帧性能曲线图；倒三角实线为采用PNC-LDPC技术的误帧性能曲线图；空心点实线为采用PNC-Raptor技术的误帧性能曲线图。图4中，横坐标表示二元删除信道的删除概率，其范围为[0.42，0.3];纵坐标表示误帧率，其范围为[10 一 '10 一4];加号实线为采用PNC-LDPC技术的错误平层曲线；空心点实线为采用PNC-Raptor技术的错误平层曲线。图5中，横坐标表示编码数据包数η与需要恢复的数据包数k之比，其范围为[O，2 ];纵坐标表示数据恢复比例，其范围为[O，I ];实心点实线为概率P=0.1的PNC-Raptor数据恢复性能曲线图；叉号实线为概率P=0.4的PNC-Raptor数据恢复性能曲线图；空心点实线为概率P=0.8的PNC-Raptor数据恢复性能曲线图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作