CN102857323A - 基于放大转发协作的网络编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于放大转发协作的网络编码方法，主要解决现有技术频谱效率低、系统复杂度偏高的问题。其实现步骤为：（1）在时隙1，用户A发送调制信号；（2）在时隙2，用户B发送调制信号；（3）在时隙3，中继节点进行网络编码，将接收到的两个用户信号转化为实信号，然后进行功率放大，并正交合并后转发出去；（4）在时隙3，目的节点进行网络解码，首先对接收到的合并信号进行用户信号分离，然后分别联合前两个时隙所接收的信号进行最大比合并，利用最大似然解调算法恢复出两个用户信息。本发明编解码方式简单，与传统放大转发协作相比，在实现相同误码率性能的情况下，提高了频谱利用率，适合通信节点处理能力较低的场合。

Description

基于放大转发协作的网络编码方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及协作通信技术和网络编码技术，更进一步涉及一种基于放大转发协作的网络编码方法，可用于多址接入协作中继通信系统。

背景技术

网络编码NC被认为是通信领域的重大突破之一。它最初用来提升有线网络的容量，其基本思想是通过对来自不同链路的信息进行编码组合，使网络中间节点既能实现路由功能又能实现编码功能，从而使网络性能达到最大流传输的理论极限。现有理论研究表明，将网络编码技术应用于无线通信领域同样可以获得更高的性能增益。目前，为了避免对现有无线网络的软硬件设备和相应的协议作较大的修改，网络编码通常作为一种上层控制技术，而与物理层技术完全分隔。然而，在现代无线协作通信系统中，无线媒质的广播特性为NC在物理层的实现与应用开辟了广阔空间。将网络编码与物理层技术相结合的物理层网络编码可以提高系统的频谱利用率，提升系统的吞吐量并降低能量消耗。

在多址接入中继信道系统模型中，中继节点可协助多个用户将不同的用户信息转发给目的节点，传统的协作中继协议利用不同的正交信道将不同用户的信息转发出去，这样需要使用的时隙数是用户数量的二倍。若使用网络编码技术，中继节点可以将多个用户的信号进行某种方式的合并，然后再转发给目的节点，从而节约传输时隙以提高系统频谱利用率。目前已有文献提出基于译码转发DF的网络编码方案，包括基于DF的比特异或运算方案和基于DF的叠加调制方案。在基于DF的比特异或运算方案中，中继节点首先恢复出多个用户信息，然后在比特域进行异或运算完成信息的合并，实现中继节点的数据压缩；在基于DF的叠加调制方案中，中继节点首先恢复出多个用户信息，然后重新进行调制，最后按照一定的功率分配将多个调制信号直接线性相加。以上所述的两种方案虽然可以提高频谱效率，但是中继节点需要对多个用户信号进行解码处理，若接收到的用户信号为高阶调制信号或经过信道编码后的信号，无疑会给中继节点带来较大的运算量和硬件开销。

在无线传感器网络或无线自组织网络中，各个节点的处理能力有限，无法满足高计算复杂度的要求。在该场景下，我们可以考虑将传统的放大转发AF协议和网络编码技术相结合，这是因为传统的AF协议仅仅要求中继节点对接收信号进行功率放大，与DF协议相比，处理过程较为简单，因此可以有效地降低中继节点的复杂度。

电子科技大学申请的专利“一种对MPSK信号进行网络编码的放大转发协作通信方法”（专利申请号201010531380.3，公布号CN101977096A）。该专利基于简单网络编码的AF协作通信方法，中继节点利用MPSK（多进制相移键控，Multiple Phase ShiftKeying）信号的相位特性，对两个用户信号进行符号级乘运算，然后将混合信号以中继的全部功率发送给目的节点，最终目的端对所接收的信号进行最大后验概率解调处理，得到两个用户的估计信息。该专利技术存在的不足在于：虽然中继节点和目的节点处理的复杂度得到降低，但是与传统的AF协作方式相比，其误码性能有所降低。

北京航空航天大学申请的专利“物理层网络编码处理方法”（专利申请号200910077201.0，公布号CN101478374A）。该专利提供了一种物理层网络编码处理方法，可以有效利用信号混合后产生的干扰以提高网络容量。但该专利的缺陷在于：虽然系统的性能有所改善，但是目的节点分离信号的复杂度较大，且需要迭代处理，增加了目的节点的运算量和处理时延。

如上所述，现有技术存在一些问题：1.一些技术通过在中继节点进行简单符号乘运算来合并多个用户信号，在目的节点利用较为简单的解调算法恢复出用户信息，从而有效降低中继节点处理的计算复杂度，但是往往以误码性能的降低作为代价；2.一些技术虽然可以解决信号合并后产生的干扰，从而使得系统的误码性能不会降低，但是增加了目的节点分离信号的复杂度和运算量；3.一些技术需要在比特域上完成网络编码，虽然可以提升系统的误码性能，但往往译码复杂度较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于放大转发协作的网络编码方法，在获得与传统放大转发协作相同误码率的前提下，降低了系统的复杂度。

本发明的基本思路是,在中继节点，利用M-PAM信号的一维特性以及信号空间的正交特性来实现两个用户的叠加；目的节点则通过乘运算和取实（虚）操作分离出两个用户信号，然后采用最大比合并来处理直传信号和转发信号，从而获得两个用户的估计信息。其具体实现步骤如下：

（1）用户A以广播形式发送信息

在时隙1，用户A对要发送的信息进行M-PAM调制得到调制信号X_A，并将调制信号X_A广播出去；中继节点与目的节点分别接收到用户A所发送的信号，并记作Y_A,R和Y_A,D：

$Y_{A,R}=\sqrt{P_S}{h}_{A,R}{X}_A+n_{A,R}$

$Y_{A,D}=\sqrt{P_S}{h}_{A,D}{X}_A+n_{A,D}$

其中，P_S代表用户的发送功率，h_A,R表示用户A到中继节点R的信道衰减系数，h_A,D表示用户A到节点D的信道衰减系数，n_A,R表示从用户A到中继节点R传输过程中在R处的加性高斯白噪声，n_A,D表示从用户A到节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；

（2）用户B以广播形式发送信息

在时隙2，用户B对要发送的信息进行M-PAM调制得到调制信号X_B，并将调制信号X_B以广播出去；中继节点与目的节点分别接收到用户节点B所发送的信号，并记作Y_B,R和Y_B,D：

$Y_{B,R}=\sqrt{P_S}{h}_{B,R}{X}_B+n_{B,R}$

$Y_{B,D}=\sqrt{P_S}{h}_{B,D}{X}_B+n_{B,D}$

其中，P_S代表用户的发送功率，h_B,R表示用户B到中继节点R的信道衰减系数，h_B,D表示用户B到节点D的信道衰减系数，n_A,R表示从用户B到中继节点R传输过程中在R处的加性高斯白噪声，n_B,D表示从用户B到节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；

（3）中继节点进行网络编码

3a）在时隙3，中继节点将接收到的两个用户信号分别转化为实信号X′_A,R和X′_B,R：

$X_{A,R}^{\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{A,R}{h}_{A,R}^{*}\right]=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{X}_A+\mathrm{Re}\left[h_{A,R}^{*}{n}_{A,R}\right]$

$X_{B,R}^{\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{B,R}{h}_{B,R}^{*}\right]=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{X}_B+\mathrm{Re}\left[h_{B,R}^{*}{n}_{B,R}\right]$

其中X′_A,R代表中继节点对接收到的用户A信号进行转化后的实信号，X′_B,R代表中继节点对接收到的用户B信号进行转化后的实信号，(·)^*表示取复共轭，Re[·]表示取实部运算，||·||²表示取模平方；

3b）分别对上述实信号X′_A,R和X′_B,R进行功率放大，得到功率放大信号X″_A，R和X″_B，R：

$X_{A,R}^{\′\′}=G_{A,R}{X}_{A,R}^{\′}=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{G}_{A,R}{X}_A+\mathrm{Re}\left[G_{A,R}{h}_{A,R}^{*}{n}_{A,R}\right]$

$X_{B,R}^{\′\′}=G_{B,R}{X}_{B,R}^{\′}=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{G}_{B,R}{X}_B+\mathrm{Re}\left[G_{B,R}{h}_{B,R}^{*}{n}_{B,R}\right]$

其中，X″_A,R代表中继节点对X′_A,R进行功率放大后的信号，X″_B,R代表中继节点对X′_B,R进行功率放大后的信号，G_A,R代表中继节点对用户A信号的功率放大倍数，G_B,R代表中继节点对用户B信号的功率放大倍数；

3c）将上述功率放大信号X″_A,R和X″_B,R分别调制到信号空间的正交分量和同相分量上去，从而得到合并信号X_R:

X_R＝X″_A,R+jX″_B，R

并将其转发给目的节点，其中j代表虚数单元；

（4）目的节点进行网络解码

4a）在时隙3，目的节点接收到来自中继节点的信号Y_R,D：

Y_R,D＝h_R,DX_R+n_R,D

其中，h_R,D表示中继节点R到目的节点D的信道衰减系数，n_R,D表示从中继节点R到目的节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；

4b）根据上述信号Y_R,D分离出的两个用户信号，并分别记作X″′_A,R和X″′_B,R：

$X_{A,R}^{\′\′\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{R,D}{h}_{R,D}^{*}\right]={\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2{X}_{A,R}^{\′\′}+\mathrm{Re}\left[h_{R,D}^{*}{n}_{R,D}\right]$

$X_{B,R}^{\′\′\′}=\mathrm{Im}\left[Y_{R,D}{h}_{R,D}^{*}\right]={\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2{X}_{B,R}^{\′\′}+\mathrm{Im}\left[h_{R,D}^{*}{n}_{R,D}\right]$

其中，X″′_A,R代表中继节点分离出的用户A信号，X″′_B,R代表中继节点分离出的用户B信号，(·)^*表示取复共轭，Im[·]表示取虚部运算，Re[·]表示取实部运算，||·||²表示取模平方；

4c）目的节点对接收信号Y_A,D和A″′_A,R采用最大比合并的方式处理，然后进行最大似然ML解调恢复出用户A的信息；目的节点对接收信号Y_B,D和X″′_B,R采用最大比合并的方式处理，然后进行最大似然ML解调恢复出用户B的信息。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一、本发明所采用的网络编码方法充分利用了信号空间的正交特性和调制信号的一维特性，使得合并信号中两个用户信号在传输和解码过程中互不影响，可以实现与传统AF协作相同的误码率性能，有效克服了现有技术由于采用网络编码所导致的系统误码性能降低问题。

第二、本发明采用的网络编码方法仅仅在中继节点进行简单的乘运算和符号加运算完成两个用户符号的合并，并在目的节点取实部或虚部运算分离出两个用户信号，从而降低了中继节点或目的节点的复杂度。

附图说明

图1为本发明系统模型示意图；

图2为本发明各个时隙处理示意图；

图3为本发明的流程图；

图4为本发明仿真效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参照图1，本发明采用多址接入中继信道模型，包括用户A和用户B，中继节点R，目的节点D。所有节点配置单天线，采用时分多址的传输方式，且进行半双工操作，即节点在同一频率上不能同时发送和接收信号。各节点间信道为瑞利平坦衰落，节点i到j的信道衰减系数为h_i,j，其中，i∈{A,B,R}，j∈{R,D}，它们相互独立且满足零均值复高斯随机分布，方差为R和D接收的噪声满足独立零均值的复高斯随机分布，方差为N₀。假设用户A和用户B的发送功率均为P_S，中继节点为每个用户信号分配的功率为P_R，则每个用户所发送的总功率为P，即P＝P_S+P_R；中继节点可以通过最小均方误差算法估计出用户到中继节点的信道衰减系数，目的节点可以通过最小均方误差算法估计出中继节点到目的节点的信道衰减系数，目的节点利用学者Berna Gedik在文献“Two channel estimation methods for amplify-and-forward relaynetworks”中提出的信道估计算法获取出用户到中继节点的信道衰减系数。

参照图2和图3，本发明实现的步骤如下。

步骤1，用户A以广播形式发送信息。

在时隙1，用户A对要发送的信息进行M-PAM调制，得到调制信号X_A，并将调制信号X_A广播出去，其中调制阶数M满足：M＝2^k，k为大于0的整数；中继节点与目的节点分别接收到用户A所发送的信号，并记作Y_A,R和Y_A,D：

$Y_{A,R}=\sqrt{P_S}{h}_{A,R}{X}_A+n_{A,R}$

$Y_{A,D}=\sqrt{P_S}{h}_{A,D}{X}_A+n_{A,D}$

其中，P_S代表用户的发送功率，h_A,R表示用户A到中继节点R的信道衰减系数，h_A,D表示用户A到节点D的信道衰减系数，n_A,R表示从用户A到中继节点R传输过程中在R处的加性高斯白噪声，n_A,D表示从用户A到节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声。

步骤2，用户B以广播形式发送信息。

在时隙2，用户B对要发送的信息进行M-PAM调制，得到调制信号X_B，并将调制信号X_B以广播出去，其中调制阶数M满足：M＝2^k，k为大于0的整数；中继节点与目的节点分别接收到用户B所发送的信号，并记作Y_B,R和Y_B,D：

$Y_{B,R}=\sqrt{P_S}{h}_{B,R}{X}_B+n_{B,R}$

$Y_{B,D}=\sqrt{P_S}{h}_{B,D}{X}_B+n_{B,D}$

其中，P_S代表用户的发送功率，h_B,R表示用户B到中继节点R的信道衰减系数，h_B,D表示用户B到节点D的信道衰减系数，n_A,R表示从用户B到中继节点R传输过程中在R处的加性高斯白噪声，n_B,D表示从用户B到节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声。

步骤3，中继节点R进行网络编码。

3a）在时隙3，由于中继节点R接收到的两个用户信号为复信号，为了实现正交叠加处理，所以中继节点需要将两个接收到的用户信号Y_A，R和Y_B，R首先转化为实信号X′_A,R和X′_B，R，按如下步骤进行：

3a1)中继节点通过信道估计算法，获取用户A到中继节点的信道衰减系数h_A，R和用户B到中继节点的信道衰减系数h_B,R；

3a2)中继节点对用户A到中继节点的信道衰减系数h_A,R和用户B到中继节点的信道衰减系数h_B,R取复共轭，并分别与接收到的用户A信号Y_A，R和接收到的用户B信号Y_B,R相乘；

3a3)中继节点对相乘后的信号取实部操作，得到实信号

和

并记作X′_A,R和X′_B,R：

$X_{A,R}^{\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{A,R}{h}_{A,R}^{*}\right]=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{X}_A+\mathrm{Re}\left[h_{A,R}^{*}{n}_{A,R}\right]$

$X_{B,R}^{\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{B,R}{h}_{B,R}^{*}\right]=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{X}_B+\mathrm{Re}\left[h_{B,R}^{*}{n}_{B,R}\right],$

其中，X′_A,R代表中继节点对接收到的用户A信号进行转化后的实信号，X′_B，R代表中继节点对接收到的用户B信号进行转化后的实信号，P_S代表用户的发送功率，h_i,j表示用户i到节点j的信道衰减系数，n_i，j表示从用户i到节点j传输过程中在j处的加性高斯白噪声，X_i表示用户调制信号，其中，i∈{A,B}，j∈{R,D}，(·)^*表示取复共轭，Re[·]表示取实部运算，||·||²表示取模平方；

3b）分别对上述实信号X′_A,R和X′_B,R进行功率放大，得到功率放大信号X″_A,R和X″_B,R：

$X_{A,R}^{\′\′}=G_{A,R}{X}_{A,R}^{\′}=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{G}_{A,R}{X}_A+\mathrm{Re}\left[G_{A,R}{h}_{A,R}^{*}{n}_{A,R}\right]$

$X_{B,R}^{\′\′}=G_{B,R}{X}_{B,R}^{\′}=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{G}_{B,R}{X}_B+\mathrm{Re}\left[G_{B,R}{h}_{B,R}^{*}{n}_{B,R}\right],$

其中，X″_A,R代表中继节点对X′_A,R进行功率放大后的信号，X″_B,R代表中继节点对X′_B,R进行功率放大后的信号，G_A,R代表中继节点R对用户A信号的功率放大倍数，G_B,R代表中继节点R对用户B信号的功率放大倍数：

$G_{A,R}=\sqrt{\frac{P_R}{({\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{P}_S+N_0){\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2}},$ $G_{B,R}=\sqrt{\frac{P_R}{({\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{P}_S+N_0){\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2}}$

其中，P_R代表中继节点的发送功率，N₀表示噪声方差；

3c）将上述功率放大信号X″_A,R和X″_B,R分别调制到信号空间的正交分量和同相分量上去，从而得到合并信号X_R:

X_R＝X″_A,R+jX″_B，R

并将其转发给目的节点，其中j代表虚数单元。

在该步骤中，中继节点将两个用户信号正交叠加后转发给目的节点，这样目的节点可以在同一时隙内获得到两个用户的信息，而传统的AF协作在中继节点并没有进行用户信号的合并，此时需要分配两个时隙分别转发两个用户信号，因此，与传统的AF协作相比，本发明节省了一个传输时隙，从而提高了频谱利用率。

步骤4，目的节点D进行网络解码。

4a）在时隙3，目的节点接收到来自中继节点的信号Y_R,D：

Y_R,D＝h_R,DX_R+n_R,D

其中，h_R,D表示中继节点R到目的节点D的信道衰减系数，n_R,D表示从中继节点R到目的节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声。

4b）利用合并信号X_R的正交特性及M-PAM信号的一维特性从信号Y_R,D中分离出两个用户信号X″′_A,R和X″′_B，R：

4b1)目的节点通过信道估计算法获取中继节点到目的节点的信道衰减系数h_R,D；

4b2)目的节点对中继节点到目的节点的信道衰减系数h_R,D取复共轭，并与信号Y_R,D相乘；

4b3)目的节点对相乘后的信号取实部操作和取虚部操作，得到用户信号

和并记作X″′_A,R和X″′_B，R：

$X_{A,R}^{\′\′\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{R,D}{h}_{R,D}^{*}\right]={\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2{X}_{A,R}^{\′\′}+\mathrm{Re}\left[h_{R,D}^{*}{n}_{R,D}\right]$

$X_{B,R}^{\′\′\′}=\mathrm{Im}\left[Y_{R,D}{h}_{R,D}^{*}\right]={\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2{X}_{B,R}^{\′\′}+\mathrm{Im}\left[h_{R,D}^{*}{n}_{R,D}\right]$

其中，X″′_A,R代表中继节点分离出的用户A信号，X″′_B,R代表中继节点分离出的用户B信号，(·)^*表示取复共轭，Im[·]表示取虚部运算，Re[·]表示取实部运算，||·||²表示取模平方。

4c）目的节点D恢复出用户A的信息

和用户B的信息

4c1)目的节点对接收信号Y_A,D和X″′_A,R采用最大比合并的方式处理，得到用户A的判决统计信号

目的节点D对接收信号Y_B,D和X″′_B,R采用最大比合并的方式处理，得到用户B的判决统计信号

${\tilde{X}}_A=\left({\mathrm{\φ}}_{A,1}\mathrm{Re}\right[h_{A,D}^{*}{Y}_{A,D}]+{\mathrm{\φ}}_{A,2}{X}_{A,R}^{\′\′\′})/{\mathrm{\φ}}_A$

${\tilde{X}}_B=\left({\mathrm{\φ}}_{B,1}\mathrm{Im}\right[h_{A,D}^{*}{Y}_{A,D}]+{\mathrm{\φ}}_{B,2}{X}_{B,R}^{\′\′\′})/{\mathrm{\φ}}_B$

其中，

${\mathrm{\φ}}_{A,1}={\mathrm{\φ}}_{B,1}=\sqrt{P_S}/N_o$

${\mathrm{\φ}}_{A,2}=G_{A,R}\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2/(G_{A,R}^2{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2+N_0)$

${\mathrm{\φ}}_{B,2}=G_{B,R}\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2/(G_{B,R}^2{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2+N_0)$

${\mathrm{\φ}}_A=P_S{\left|\right|h_{A,D}\left|\right|}^2/N_o+P_S{G}_{A,R}^2{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^4{\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2/(G_{A,R}^2{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2+N_0)$

${\mathrm{\φ}}_B=P_S{\left|\right|h_{B,D}\left|\right|}^2/N_o+P_S{G}_{B,R}^2{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^4{\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2/(G_{B,R}^2{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2+N_0)$

其中，(·)^*表示取复共轭，Im[·]表示取虚部运算，Re[·]表示取实部运算，||·||²表示取模平方，||·||⁴表示取模的四次方。

4c2)目的节点对用户A的判决统计信号

进行最大似然ML解调恢复出用户A的信息

目的节点D对用户B的判决统计信号

进行最大似然ML解调恢复出用户B的信息

所述最大似然ML解调是采用与调制相对应的解调方式，最大似然ML解调的准则为：

其中，S代表调制星座点的集合，

和

代表调制星座点集合中的元素，||·||是取模运算符，argmin(·)表示取使目标函数取最小值时的变量值。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明。

1)仿真条件：所有信道为瑞利平坦衰落信道，所有信道衰减系数的均值为0，方差为1；所有节点的噪声均为方差N₀＝1的零均值高斯白噪声；P_S＝P_R＝0.5P；三种不同的M-PAM调制方式：2-PAM、4-PAM、8-PAM。

2)仿真内容与结果：

用本方明与传统的AF协作方法及非协作的方法针对误比特率随信噪比变化的性能进行仿真比较，仿真结果如图4所示。

从图4可看出，在信噪比较高时，本发明的误码率性能要优于非协作的方法，且随着M的减小，误码率性能的改善越为明显；与传统的AF方法相比，本发明可以获得相同的误码率性能。

Claims (4)

1.一种基于放大转发协作的网络编码方法，包括步骤如下：

（1）用户A以广播形式发送信息

在时隙1，用户A对要发送的信息进行M-PAM调制得到调制信号X_A，并将调制信号X_A广播出去；中继节点与目的节点分别接收到用户A所发送的信号，并记作Y_A,R和Y_A,D：

$Y_{A,R}=\sqrt{P_S}{h}_{A,R}{X}_A+n_{A,R}$

$Y_{A,D}=\sqrt{P_S}{h}_{A,D}{X}_A+n_{A,D}$

其中，P_S代表用户的发送功率，h_A,R表示用户A到中继节点R的信道衰减系数，h_A,D表示用户A到节点D的信道衰减系数，n_A,R表示从用户A到中继节点R传输过程中在R处的加性高斯白噪声，n_A,D表示从用户A到节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；

（2）用户B以广播形式发送信息

在时隙2，用户B对要发送的信息进行M-PAM调制得到调制信号X_B，并将调制信号X_B以广播出去；中继节点与目的节点分别接收到用户节点B所发送的信号，并记作Y_B,R和Y_B,D：

$Y_{B,R}=\sqrt{P_S}{h}_{B,R}{X}_B+n_{B,R}$

$Y_{B,D}=\sqrt{P_S}{h}_{B,D}{X}_B+n_{B,D}$

其中，P_S代表用户的发送功率，h_B,R表示用户B到中继节点R的信道衰减系数，h_B,D表示用户B到节点D的信道衰减系数，n_A,R表示从用户B到中继节点R传输过程中在R处的加性高斯白噪声，n_B,D表示从用户B到节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；

（3）中继节点进行网络编码

3a）在时隙3，中继节点将接收到的两个用户信号分别转化为实信号X′_A,R和X′_B,R；

$X_{A,R}^{\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{A,R}{h}_{A,R}^{*}\right]=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{X}_A+\mathrm{Re}\left[h_{A,R}^{*}{n}_{A,R}\right]$

$X_{B,R}^{\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{B,R}{h}_{B,R}^{*}\right]=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{X}_B+\mathrm{Re}\left[h_{B,R}^{*}{n}_{B,R}\right]$

其中，X′_A,R代表中继节点对接收到的用户A信号进行转化后的实信号，X′_B，R代表中继节点对接收到的用户B信号进行转化后的实信号，(·)^*表示取复共轭，Re[·]表示取实部运算，||·||²表示取模平方；

3b）分别对上述实信号X′_A,R和X′_B,R进行功率放大，得到功率放大信号X″_A,R和X″_B,R：

$X_{A,R}^{\′\′}=G_{A,R}{X}_{A,R}^{\′}=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{A,R}\left|\right|}^2{G}_{A,R}{X}_A+\mathrm{Re}\left[G_{A,R}{h}_{A,R}^{*}{n}_{A,R}\right]$

$X_{B,R}^{\′\′}=G_{B,R}{X}_{B,R}^{\′}=\sqrt{P_S}{\left|\right|h_{B,R}\left|\right|}^2{G}_{B,R}{X}_B+\mathrm{Re}\left[G_{B,R}{h}_{B,R}^{*}{n}_{B,R}\right]$

其中，X″_A,R代表中继节点对X′_A,R进行功率放大后的信号，X″_B,R代表中继节点对X′_B,R进行功率放大后的信号，G_A,R代表中继节点对用户A信号的功率放大倍数，G_B,R代表中继节点对用户B信号的功率放大倍数；

3c）将上述功率放大信号X″_A,R和X″_B,R分别调制到信号空间的正交分量和同相分量上去，从而得到合并信号X_R：

X_R＝X″_A,R+jX″_B，R

并将其转发给目的节点，其中j代表虚数单元；

（4）目的节点进行网络解码

4a）在时隙3，目的节点接收来自中继节点的信号Y_R,D；

Y_R,D＝h_R,DX_R+n_R,D

其中，h_R,D表示中继节点R到目的节点D的信道衰减系数，n_R,D表示从中继节点R到目的节点D传输过程中在D处的加性高斯白噪声；

4b）根据上述中继节点的信号Y_R,D分离出两个用户信号，并分别记作X″′_A,R和X″′_B,R；

$X_{A,R}^{\′\′\′}=\mathrm{Re}\left[Y_{R,D}{h}_{R,D}^{*}\right]={\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2{X}_{A,R}^{\′\′}+\mathrm{Re}\left[h_{R,D}^{*}{n}_{R,D}\right]$

$X_{B,R}^{\′\′\′}=\mathrm{Im}\left[Y_{R,D}{h}_{R,D}^{*}\right]={\left|\right|h_{R,D}\left|\right|}^2{X}_{B,R}^{\′\′}+\mathrm{Im}\left[h_{R,D}^{*}{n}_{R,D}\right]$

其中，X″′_A,R代表中继节点分离出的用户A信号，X″′_B,R代表中继节点分离出的用户B信号，(·)^*表示取复共轭，Im[·]表示取虚部运算，Re[·]表示取实部运算，||·||²表示取模平方；

4c）目的节点对接收信号Y_A,D和X″′_A,R采用最大比合并的方式处理，然后进行最大似然ML解调，恢复出用户A的信息；目的节点对接收信号Y_B,D和X″′_B，R采用最大比合并的方式处理，然后进行最大似然ML解调恢复出用户B的信息。

2.根据权利要求1所述的基于放大转发协作的网络编码方法，其中所述步骤1）和步骤2）中的M-PAM调制，其调制阶数M满足：M＝2^k，k为大于0的整数。

3.根据权利要求1所述的基于放大转发协作的网络编码方法，其中步骤3a）所述的中继节点将接收到的两个用户信号转化为实信号，按如下步骤进行：

3a.1)中继节点通过信道估计算法，获取用户A到中继节点的信道衰减系数h_A,R和用户B到中继节点的信道衰减系数h_B,R；

3a.2)中继节点对用户A到中继节点的信道衰减系数h_A,R和用户B到中继节点的信道衰减系数h_B,R取复共轭，并分别与接收到的用户A信号Y_A,R和接收到的用户B信号Y_B,R相乘；

3a.3)中继节点对相乘后的信号取实部操作，得到实信号

和

4.根据权利要求1所述的基于放大转发协作的网络编码方法，其中所述步骤4c）中的解调是采用与调制相对应的解调方式。

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