基于连续相位频移键控调制的物理层网络编码检测及性能分析

针对双向中继信道,该文提出一种基于连续相位频移键控(CPFSK)调制的物理层网络编码(PNC)机制,即CPFSK-PNC。与已有的采用BPSK, QPSK等调制方式的物理层网络编码相比,该机制引入CPFSK的技术优势,提高了系统的频谱效率和功率效率。该文对瑞利衰落信道中CPFSK-PNC的物理层网络编码检测进行了研究。首先,利用CPFSK信号的记忆特性,根据最大似然准则设计了中继节点的物理层网络编码检测方案;其次,分析了信号之间最小欧氏距离并给出中继检测的平均误比特率下边界;最后,仿真验证了理论分析结果。     

物理层网络编码的调制技术

网络编码理论提高了数据的传输效率,而物理层网络编码进一步缩短了数据交互的时隙,它认为:只要中继节点R采取了恰当的调制解调技术,可以使电磁信号的叠加映射到数字域上的运算操作,实现两时隙交互信息。可见选择恰当的调制解调技术对实现物理层网络编码至关重要。该文从调制技术这一角度出发,综合目前在物理层网络编码中所应用的调制解调技术,对其进行分析总结,并展望了下一步物理层网络编码中调制技术的发展。     

物理层网络编码中连续相位调制信号的非相干多符号检测

基于连续相位调制(CPM)的物理层网络编码(PNC)由于其高效的吞吐率和频谱利用率特性引起了越来越多的关注。现有关于CPM-PNC检测的研究大多建立在到达中继端的两节点信号载波相位完全同步或相位差已知的基础上。实际应用中,这一载波相位差不可避免,也很难准确估计。针对这一问题,该文提出一种中继端存在未知载波相位差条件下的CPM-PNC非相干多符号检测算法。该算法根据最大似然检测原理,通过观察多个码元来实现中间码元的检测,充分利用了CPM信号的相位记忆特性。仿真结果表明,该文所提出的CPM-PNC非相干多符号检测算法性能优越。而且随着观察窗口长度的增大,其性能显著提高并逐渐趋近最优相干检测性能。在误码率(BER)为10-4 时,相比于非相干单符号检测,观察窗口长度为5个码元时的CPM-PNC非相干多符号检测有6.7 dB的性能增益。     

Turbo编码调制技术在物理层网络编码中的应用研究

在双向中继信道中,基于编码调制技术提出了一种Turbo编码调制技术(T-TCM)与物理层网络编码的联合实施方案.本方案采用了T-TCM,即将TCM中的卷积码用Turbo码代替,两个分量编码器用符号交织器分开.中继节点利用卷积码和网络编码的线性性质直接估计网络编码的码字,并在中继节点采用了基于符号的MAP译码算法.本方案将信道编码技术、调制技术以及物理层网络编码三者联合设计,不仅增加了无线网络的吞吐量,还提高了网络的频谱利用率.     

基于分层调制的物理层网络编码研究

在实际的移动通信环境中,信道的状态复杂多变,该文针对双向中继信道的非对称性,提出采用分层调制方式的物理层网络编码方案。首先构建源节点、中继节点均采用分层(2/4-PSK)调制的双向中继通信系统模型;其次给出了中继节点的物理层网络编码解调及映射规则,推导出加性高斯白噪声下中继误比特率及端到端误比特率理论计算公式;最后仿真验证了理论分析结果。与采用传统QPSK调制技术的物理层网络编码相比,该方案利用分层调制的技术优势,确保较优信道的高速率传输,也兼顾了较差信道的传输可靠性。     

无线网络中的物理层网络编码技术

文章介绍了无线网络中的物理层网络编码技术。首先介绍了一种在物理层实现的结合网络编码和纠错编码的方法。然后介绍了一种模拟网络编码方法,该方法可以充分利用无线介质的广播特性,挖掘无线广播信道和无线多址接入信道的容量,从而提高数据吞吐量。最后介绍了物理层网络编码的研究热点。     

基于分层调制的物理层网络编码系统概率成形设计

分层调制是一种根据发送信号的相对重要性对数据流进行不等保护的关键技术。针对双向中继信道下基于分层调制技术的PNC系统进行研究。当系统采用均匀的输入分布时会产生成形损耗,由于传统的分布匹配器的非线性成形编译码过程不适用于PNC系统,因此提出一种线性概率成形码本方案,以确保其成形编译码过程是线性的,进一步推导了成形系统可达速率表达式。仿真结果表明,所提出的线性成形方案在中低SNR具有0.3 dB的成形增益。     

一种信道编码与物理层网络编码的联合设计

基于正交振幅调制（QAM）设计了一种信道编码与物理层网络编码的联合实施方案,该方案巧妙的引入了一种去噪映射机制,即重新安排QAM调制的星座映射,中继节点对接收数据去噪后直接映射为对应数字比特流的异或。同时,利用卷积码和MAC-XOR网络编码（Network Coding, NC）的线性性质,使得中继节点只需直接估计网络编码的码字,因此中继节点的解调/译码的复杂度减少50%。在此基础上对该方案的误比特率性能进行分析。仿真结果表明了该方案的有效性,即与已有的物理层网络编码方法相比,在没有增加译码复杂度的基础上,该方案的信道容量有了显著提高。      

安全的物理层网络编码的研究

无线信道的广播特性使得其中的碰撞现象普遍存在,充分利用这一特性的物理层网络编码可较大幅度地提高系统吞吐量,但也存在其特有的安全隐患.本文的主要贡献:从物理层网络编码的原理出发,挖掘了其中存在的必要前提破坏、信号强度攻击、信号能量攻击等安全隐患,并提出了应对的基本思路:综述了物理层网络编码的研究现状,并展望了未来的研究方向;提出了结合利用云计算和网络编码构建从终端到交换节点、从底层到高层、无处不在的计算网络的概念.     

双向中继信道中物理层网络编码的检测

对双向中继信道中物理层网络编码的检测进行了研究,最大似然检测性能好但是实现复杂度高。因此,在信源节点未知信道状态信息情况下,提出了2种检测方案:基于似然比函数的似然比检测和基于最大后验概率准则的最大后验概率检测。同时,针对信源节点已知信道状态信息的特殊情形,进行了同样的推导。分析和仿真结果表明,相比于分别检测出2个信源信息的最大似然检测,似然比检测的BER性能更优,但似然比检测需要知道额外的噪声方差信息,最大后验概率检测与最大似然检测等价,而且最大后验概率检测在实现复杂度上相对较低。     

无线中继网络中的物理层网络编码

针对无线中继网络中物理层网络编码技术的应用,分析验证了其所带来可观的吞吐量性能提升。总结了当前物理层网络编码技术的相关研究方向,归纳了通信理论研究、信息理论研究和网络理论研究三个方面。介绍了物理层网络编码的关键技术,对物理层网络编码技术在实际信道条件下的性能分析及改进、采用高阶调制时的检测模糊及改进、基于嵌套格码的计算-转发策略和结合缓冲中继协议设计进行了深入探讨。以期放宽物理层网络编码对信道模型的限制,拓展其适用条件,同时在保障通信过程可靠性的前提下充分发挥该技术对通信有效性的提升,从而推进物理层网络编码技术在实际无线中继通信系统中的应用。     

物理层网络编码的符号时钟估计

现有的关于物理层网络编码(PNC)的研究多建立在时钟已完全同步的基础上,对PNC的符号时钟同步研究较少。而实际上符号时钟在PNC中是必不可少的。针对这一问题,该文提出一种新的基于正交训练序列适用于双向中继信道PNC的符号时钟估计方法。该方法根据最大似然估计准则,运用基于离散傅里叶变换(DFT)的插值算法来估计时钟误差。仿真结果表明,所提出的DFT插值算法性能优越,在信噪比(SNR)大于10 dB的条件下,系统的均方误差(MSE)性能比经典优选采样点法提升1个数量级,并且非常逼近修正克拉美罗界(MCRB)。     

Synchronization Analysis for Wireless TWRC Operated with Physical-layer Network Coding

Physical-layer network coding (PNC) makes use of the additive nature of the electromagnetic waves to apply network coding arithmetic at the physical layer. With PNC, the destructive effect of interference in wireless networks is eliminated and the capacity of networks can be boosted significantly. This paper addresses a key outstanding issue in PNC: synchronization among transmitting nodes. We first investigate the impact of imperfect synchronization in a 3-node network with a straightforward detection scheme. It is shown that with QPSK modulation, PNC on average still yields significantly higher capacity than straightforward network coding when there are synchronization errors. Significantly, this remains to be so even in the extreme case when synchronization is not performed at all. Moving beyond a 3-node network, we propose and investigate a synchronization scheme for PNC in a general chain network. And we argue that if the synchronization errors can be bounded in the 3-node case, they can also be bounded in the general N-node case. Lastly, we present simulation results showing that PNC is robust to synchronization errors. In particular, for the mutual information performance, there is about 2 dB loss without phase or symbol synchronization.     

物理层网络编码机会中继及中断性能分析

该文研究了频率非选择性瑞利衰落信道中的物理层网络编码系统容量问题。基于放大转发机制提出了一种基于最大最小互信息准则的机会中继策略。在瑞利衰落信道环境下,从双向通信的角度,通过理论分析得出其中断概率解析式,同时推导了理想物理层网络编码和传统直接传输系统的中断概率解析式。通过理论分析,发现在某些节点发射功率条件下,系统中断概率将完全取决于单向链路。在此基础上完成了数值仿真实验,结果表明所提策略的中断性能与理想物理层网络编码和传统直接传输相比有了显著的提高。     

信道编码与物理层网络编码的联合设计

网络编码由于提高了网络的吞吐量和鲁棒性而成为最近的研究热点.文章研究了无线网络中的物理层网络编码,提出了一种联合信道与物理层网络编码实施机制,利用了同时到达的电磁波的叠加特性和Turbo编码、网络编码的线性直接估计网络编码的码字.提出的机制不仅容易实现,而且性能接近了信道容量.同时我们观测到由文章提出的机制和Turbo码多用户检测器组成的自适应机制是最优的,相比传统的机制至少能够获得1.58倍增益.     

基于物理层网络编码的非对称中继系统性能分析

在无线通信研究中,网络编码因其可有效提升带宽利用率的特性得到了大量关注.但是,网络编码用于双向中继信道(TWRC)时,中继位置的不对称将造成系统性能的下降,故在源节点使用分层调制的方法来解决此问题.研究了分层调制和物理层网络编码的联合以及优化,并进行了系统仿真.仿真结果显示,在非对称中继信道下,通过与传统调制方案(CM...