非同步物理层网络编码的误符号率分析方案

摘要

物理层网络编码(Physical-layer network coding，PNC)是一种新的无线中继方式，它利用电磁波叠加原理和无线信道的广播特性，在两个时隙内就可以完成双向中继系统的数据交换。相比较于网络编码的三个时隙和传统中继方式的四个时隙，它进一步缩短了数据交换的时间，提高了网络吞吐量，因此受到广泛的关注。
　　由于无线终端的时钟不同步以及信道环境的不同，在PNC的信号叠加阶段，会出现相位偏移和码元偏移等不同步情况，这严重地影响中继节点解码（解码，即先解调叠加信号，然后再进行编码映射）叠加信号的误符号率。因此，分析非同步情况下解码误符号率将对物理层网络编码的实现具有理论指导意义。
　　本文提出了非同步物理层网络编码的误符号率分析方案，基于BPSK和QPSK调制方式，得出误符号率上界和下界的数学表达式。本文的误符号率分析基于两种解码方案，基于多用户检测(Multiuser Detection，MUD)的异或(XOR)编码映射方案(MUD-XOR)和基于置信传播(Belief Propagation，BP)的最大后验概率(Maximuma Posteriori，MAP)解码方案(BP-MAP)。本文证明了BP-MAP方案的误符号率性能优于MUD-XOR方案，但是二者误符号率性能相差很小。基于BP-MAP方案，假设中继节点已知部分叠加信息，从而得出误符号率的下界表达式;而基于MUD-XOR方案，我们引入了差错向量和差错向量可分解的概念，证明出误符号率上界只与不可分差错向量有关，从而得出误符号率的上界表达式。因此，本文求出的误符号率上下界对于两种解码方案都适用。通过仿真验证证明利用本文提出的误符号率分析方案和推导出的误符号率表达式能够得出比较准确的误符号率上下界。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 无线中继与物理层网络编码概述

1．2 研究现状以及问题的提出

1．3 论文主要工作和内容安排

第2章 非同步物理层网络编码简介

2．1 叠加的信号频率不同步

2．2 叠加的信号相位不同步

2．3 叠加的信号码元不同步

2．4 非同步PNC的系统模型

2．5 本章小结

第3章 解码方案的设计和比较

3．1 基于置信传播的最大后验概率解码方案

3．1．1 接收机设计

3．1．2 置信传播算法

3．1．3 最大后验概率判决

3．2 基于多用户检测的解码映射方案

3．2．1 接收机设计

3．2．2 最大似然序列检测

3．3 两种解码方案的比较

3．3．1 误符号率性能

3．3．2 计算复杂度

3．4 本章小结

第4章 误符号率下界的推导

4．1 误符号率下界的推导

4．2 BPSK调制方式下误符号率下界的推导过程及结果

4．3 QPSK调制方式下误符号率下界的推导过程及结果

4．4 本章小结

第5章 误符号率上界的推导

5．1 误符号率上界的推导思路

5．2 BPSK调制下误符号率上界

5．2．1 误符号率上界的推导思路

5．2．2 误符号率上界的表达式

5．3 QPSK调制下的误符号率上界

5．3．1 误符号率上界的推导思路

5．3．2 误符号率上界的表达式

5．4 本章小结

第6章 仿真结果与分析

6．1 BPSK调制下的仿真结果与分析

6．1．1 误符号率下界表达式与仿真结果比较

6．1．2 误符号率上界表达式与仿真结果比较

6．2 QPSK调制下的仿真结果与分析

6．3 本章小结

第7章 结束语

7．1 本文总结

7．2 未来展望

参考文献

致谢