專利名稱：一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信方法，尤其涉及一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，屬于無(wú)線通 信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙向中繼通信是目前無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼方法中，兩 個(gè)源節(jié)點(diǎn)分別向一中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，該中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解碼后，進(jìn)行二進(jìn)制網(wǎng) 絡(luò)編碼，再將其轉(zhuǎn)發(fā)回相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)。但是這種方法存在由于中繼節(jié)點(diǎn)檢測(cè)錯(cuò)誤造成的誤 碼地板效應(yīng)(error floor)。模擬網(wǎng)絡(luò)編碼方法中，采用放大-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，所有源節(jié)點(diǎn)同時(shí)向中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送信 息，從而中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的重疊的信號(hào)進(jìn)行放大之后，再將其轉(zhuǎn)發(fā)回相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)。由于模 擬網(wǎng)絡(luò)編碼與無(wú)線信道將空中傳播的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行疊加這一特性是相一致的，因此模擬網(wǎng) 絡(luò)編碼在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中是特別有用的。然而，現(xiàn)有的關(guān)于應(yīng)用模擬網(wǎng)絡(luò)編碼的雙向中繼通信的研究中，一般均假設(shè)源節(jié) 點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)已知所有傳輸鏈路的理想信道狀態(tài)信息(CSI)，可以很簡(jiǎn)單的在源節(jié)點(diǎn)或中 繼節(jié)點(diǎn)上應(yīng)用相關(guān)檢測(cè)。在一些場(chǎng)景下，比如，在慢變衰落環(huán)境下，可以使用導(dǎo)頻符號(hào)獲得 CSI0但是，對(duì)于信道系數(shù)變化很快的情況，信道估計(jì)將變得困難。同時(shí)，信道估計(jì)還會(huì)增加 中繼節(jié)點(diǎn)的計(jì)算復(fù)雜度，降低數(shù)據(jù)傳輸速率。對(duì)于接收端，通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)的導(dǎo)頻信號(hào)獲得理想的 源節(jié)點(diǎn)-中繼節(jié)點(diǎn)的信道信息也是相當(dāng)困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，本發(fā)明通過(guò)引入差分調(diào) 制、功率估計(jì)，在無(wú)需信道狀態(tài)信息的條件下，實(shí)現(xiàn)了雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)源節(jié)點(diǎn)信號(hào)的正 確接收，達(dá)到了提高系統(tǒng)性能的目的。本方法中，源節(jié)點(diǎn)通過(guò)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行功率估計(jì)，實(shí) 現(xiàn)了差分檢測(cè)，同時(shí)線性檢測(cè)的結(jié)構(gòu)降低了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，其步驟為1)各個(gè)源節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行差分調(diào)制編碼，并發(fā)射；2)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)經(jīng)過(guò)了信道衰落的不同源節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行接收；3)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，并將其共軛值進(jìn)行廣播轉(zhuǎn)發(fā)至所有源節(jié)點(diǎn)，其 中根據(jù)對(duì)接收信號(hào)平均功率的測(cè)量結(jié)果估計(jì)出信號(hào)放大倍數(shù)β ；4)源節(jié)點(diǎn)對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)進(jìn)行接收；5)利用差分調(diào)制信號(hào)的特性，對(duì)接收信號(hào)中的干擾信號(hào)項(xiàng)進(jìn)行估計(jì)；6)源節(jié)點(diǎn)1在消除接收信號(hào)中的干擾信號(hào)項(xiàng)后，對(duì)源節(jié)點(diǎn)2的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行差分 解碼。同理，源節(jié)點(diǎn)2在消除接收信號(hào)中的干擾信號(hào)項(xiàng)后，對(duì)源節(jié)點(diǎn)1的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行差分解碼。這樣實(shí)現(xiàn)了雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中的信息交換。本發(fā)明的積極效果為與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的通信方法應(yīng)用于雙向中繼網(wǎng)絡(luò)，能夠在保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜度要求的條件下，無(wú)需信道狀態(tài)信息，即可對(duì)多個(gè)源節(jié)點(diǎn)信號(hào)的正確接收，達(dá)到了提高 系統(tǒng)性能的目的。


圖1.基于差分調(diào)制的中繼網(wǎng)絡(luò)通信方法示意圖；(a)階段 1，(b)階段 2。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述本發(fā)明中，所有通信節(jié)點(diǎn)(包括兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)和一中繼節(jié)點(diǎn))采用單天線，半雙工方 式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。雙向中繼通信過(guò)程被分成了如下兩個(gè)階段階段1，所有源節(jié)點(diǎn)同時(shí)向中 繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送經(jīng)過(guò)了差分編碼的信號(hào)；階段2，中繼節(jié)點(diǎn)向所有源節(jié)點(diǎn)廣播轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。系統(tǒng)模 型示意圖如圖1所示。具體步驟如下第一步，各個(gè)源節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行差分調(diào)制編碼，并發(fā)射。源節(jié)點(diǎn)1發(fā)送的信號(hào)為S1 (t) = S1 U-Dc1 (t) , C1W e A源節(jié)點(diǎn)2發(fā)送的信號(hào)為s2 (t) = s2(t-l)c2(t) , C2 (t) e A其中，C1 (t)禾Pc2(t)分別是源節(jié)點(diǎn)1和源節(jié)點(diǎn)2在t時(shí)刻待發(fā)送的符號(hào)，A代表 單位能量的M-PSK調(diào)制符號(hào)集。第二步，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)經(jīng)過(guò)了信道衰落的不同源節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行接收。接收 信號(hào)為 其中，P1和p2分別是源節(jié)點(diǎn)1和源節(jié)點(diǎn)2信號(hào)的發(fā)射功率，Ii1和h2分別是源節(jié)點(diǎn) 1-中繼節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)2-中繼節(jié)點(diǎn)的信道瑞利衰落系數(shù)，nr(t)為噪聲，滿足零均值高斯分布。以上第一步和第二步均在雙向中繼通信系統(tǒng)階段1中完成。第三步，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后信號(hào)的共軛值進(jìn)行廣播轉(zhuǎn)發(fā) 至所有源節(jié)點(diǎn)，信號(hào)放大倍數(shù)為β。由于中繼節(jié)點(diǎn)不具備CSI，因此無(wú)法對(duì)β進(jìn)行直接估 計(jì)，而是通過(guò)對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)的平均信號(hào)功率進(jìn)行測(cè)量得到。在高信噪比條件下，放大 倍數(shù)β近似為
0033] 其中，L為信號(hào)幀長(zhǎng)度，I I2為信號(hào)幀長(zhǎng)度L內(nèi)測(cè)得的接收信號(hào)能量。
第四步，源節(jié)點(diǎn)對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)進(jìn)行接收。由于系統(tǒng)中，兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)是對(duì)稱 的，因此以下只對(duì)源節(jié)點(diǎn)1的接收信號(hào)進(jìn)行分析。源節(jié)點(diǎn)1接收的信號(hào)為⑷=β^Λ/r ( + rh(t) = μ^Ι (O+(r)+(/)其中，Pr為中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的功率，//蘭々V^K ,V = P^prKK， ( = β^ρΛΚ (0+^1 (O。即源節(jié)點(diǎn)1的接收信號(hào)包含三部分有用信號(hào)項(xiàng)(O (源節(jié)點(diǎn)
2的發(fā)射信號(hào))、干擾信號(hào)項(xiàng)(0 (源節(jié)點(diǎn)1的發(fā)射信號(hào))和噪聲項(xiàng)ω i (t)。第五步，對(duì)接收信號(hào)中的干擾信號(hào)進(jìn)行估計(jì)。為了對(duì)接收信號(hào)中的有用信號(hào)進(jìn)行 正確檢測(cè)和解調(diào)，由于發(fā)射信號(hào)S1 (t)對(duì)于源節(jié)點(diǎn)1是已知的，因此只需要對(duì)干擾項(xiàng)系數(shù)μ 進(jìn)行估計(jì)，從而抵消接收信號(hào)中的干擾項(xiàng)。利用源節(jié)點(diǎn)2的發(fā)射信號(hào)差分編碼特性，即s2(t) = s2(t-l)c2(t)，并結(jié)合已知的 源節(jié)點(diǎn)1的發(fā)射信號(hào)Sl(t-1)和C1 (t)，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行變換如下 其中，么丁叫㈣-媒丄 z.^MO-^OlTMyiM ^
號(hào)幀長(zhǎng)度L內(nèi)測(cè)得的源節(jié)點(diǎn)1的接收信號(hào)能量，Ilhll2為信號(hào)幀長(zhǎng)度L內(nèi)測(cè)得的信號(hào)另⑷能 量，E{|ci(t)-c2(t) I2}表示符號(hào)(^(0禾Pc2(t)差值的平均功率。當(dāng)采用固定的M-PSK調(diào) 制方式時(shí)，C1 (t) -C2 (t)構(gòu)成的新的星座圖中符號(hào)數(shù)也是固定的，很容易計(jì)算出其平均功率。 但是需要注意的是，Cl(t)-c2(t)可能為0，會(huì)一定程度上影響估計(jì)的準(zhǔn)確性。因此，對(duì)源節(jié) 點(diǎn)2發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制時(shí)，采用對(duì)其星座圖旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度的方法，得到符號(hào)c2(t)e+， 以避免C1 (t)-C2 (t)為0的情況發(fā)生。 在低信噪比條件下，由于噪聲的影響，Δ可能會(huì)是負(fù)數(shù)，此時(shí)估計(jì)結(jié)果采用第六步，源節(jié)點(diǎn)1對(duì)源節(jié)點(diǎn)2的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并解調(diào)。通過(guò)上步對(duì)干擾信號(hào) 項(xiàng)( )的估計(jì)結(jié)果，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理得到( ) = (t)-K(O = V^(t-\)c； ( + ωχ{ =(少；(卜 1)—叫( -1))(ζ) + 叫( 采用線性解碼器，即可對(duì)源節(jié)點(diǎn)2的發(fā)射信號(hào)c2(t)進(jìn)行恢復(fù)，解碼后的信號(hào)如 下C2 (t) = arg max( ) 乂* (t -1) c2 ( )}相比傳統(tǒng)的差分調(diào)制，本發(fā)明的方法只增加了對(duì)μ進(jìn)行估計(jì)引入的有限復(fù)雜度， 對(duì)μ的估計(jì)只需要增加幾次加法運(yùn)算和乘法運(yùn)算即可完成。源節(jié)點(diǎn)2的信號(hào)檢測(cè)和解調(diào)與源節(jié)點(diǎn)1過(guò)程同理，這里不再贅述。
Λ/Δ, Δ>0 0, Δ<0
5
以上涉及的信號(hào)運(yùn)算符號(hào)說(shuō)明(·廣表示對(duì)信號(hào)求其共軛，比如為C1 (t)的 共軛；(·)H表示對(duì)信號(hào)向量求其共軛轉(zhuǎn)置。
權(quán)利要求
一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，其中雙向中繼網(wǎng)絡(luò)包括兩源節(jié)點(diǎn)和一中繼節(jié)點(diǎn)，其步驟為1)各個(gè)源節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行差分調(diào)制編碼后發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)；2)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信號(hào)的功率估計(jì)信號(hào)的放大倍數(shù)β；3)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)估計(jì)出的放大倍數(shù)β對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，并將其共軛值轉(zhuǎn)發(fā)至所有源節(jié)點(diǎn)；4)源節(jié)點(diǎn)消除接收信號(hào)中的干擾信號(hào)項(xiàng)；5)源節(jié)點(diǎn)對(duì)上一步處理后的信號(hào)進(jìn)行差分解碼。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述源節(jié)點(diǎn)對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)中的干擾 信號(hào)項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行估計(jì)，從而得到并消除接收信號(hào)中的干擾信號(hào)項(xiàng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于采用公式 估計(jì)所述干擾信號(hào)[ 項(xiàng)系數(shù)；其中， 12I 表示符號(hào) C1 (t)和 C2 (t)差值的平均功率、C1 (t)和C2 (t)分別是源節(jié)點(diǎn)1和源節(jié)點(diǎn)2在t時(shí)刻待發(fā)送的符號(hào)、L為 信號(hào)幀長(zhǎng)度、Yi為源節(jié)點(diǎn)i作為接收節(jié)點(diǎn)時(shí)接收到的信號(hào)矢量，元為對(duì)Yi經(jīng)過(guò)處理后的變 換值、其滿足 為Ci (t)的共軛，i = 1或2。
4.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于源節(jié)點(diǎn)采用固定的M-PSK調(diào)制方式對(duì)發(fā) 送信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于采用固定的M-PSK調(diào)制方式對(duì)源節(jié)點(diǎn)的發(fā)送 信號(hào)進(jìn)行調(diào)制時(shí)，對(duì)其中一源節(jié)點(diǎn)的星座圖旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信號(hào)的平均功率估計(jì) 信號(hào)的放大倍數(shù)β。
7.如權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在采用公式；？= ^!計(jì)算所述放大倍數(shù)β，其中，L為信號(hào)幀長(zhǎng)度，I kl I2為信號(hào)幀長(zhǎng)度L內(nèi)測(cè)得的接收信號(hào)能量。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述源節(jié)點(diǎn)采用線性解碼器對(duì)步驟4)處理后 的信號(hào)進(jìn)行差分解碼。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播方式將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至所有源 節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的通信方法，屬于無(wú)線通信領(lǐng)域。本發(fā)明的方法為1)各個(gè)源節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行差分調(diào)制編碼后發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)；2)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信號(hào)的功率估計(jì)信號(hào)的放大倍數(shù)β；3)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)估計(jì)出的放大倍數(shù)β對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，并將其共軛值轉(zhuǎn)發(fā)至所有源節(jié)點(diǎn)；4)源節(jié)點(diǎn)消除接收信號(hào)中的干擾信號(hào)項(xiàng)；5)源節(jié)點(diǎn)對(duì)上一步處理后的信號(hào)進(jìn)行差分解碼。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠在保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度要求的條件下，無(wú)需信道狀態(tài)信息，即可對(duì)多個(gè)源節(jié)點(diǎn)信號(hào)的正確接收，達(dá)到了提高系統(tǒng)性能的目的。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101917250SQ20101023962
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者馮巖, 宋令陽(yáng) 申請(qǐng)人:北京大學(xué)