CN105680986A - 基于ldlc和物理层网络编码的通信方法 - Google Patents

基于ldlc和物理层网络编码的通信方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105680986A
CN105680986A CN201510974988.6A CN201510974988A CN105680986A CN 105680986 A CN105680986 A CN 105680986A CN 201510974988 A CN201510974988 A CN 201510974988A CN 105680986 A CN105680986 A CN 105680986A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ldlc
source node
signal
layer network
network coding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510974988.6A
Other languages
English (en)
Inventor
胡永江
袁全盛
王长龙
赵伟策
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ordnance Engineering College of PLA
Original Assignee
Ordnance Engineering College of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ordnance Engineering College of PLA filed Critical Ordnance Engineering College of PLA
Priority to CN201510974988.6A priority Critical patent/CN105680986A/zh
Publication of CN105680986A publication Critical patent/CN105680986A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0061—Error detection codes
    • H04L1/0063—Single parity check
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/155—Ground-based stations
    • H04B7/15592—Adapting at the relay station communication parameters for supporting cooperative relaying, i.e. transmission of the same data via direct - and relayed path
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0076—Distributed coding, e.g. network coding, involving channel coding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0268—Traffic management, e.g. flow control or congestion control using specific QoS parameters for wireless networks, e.g. QoS class identifier [QCI] or guaranteed bit rate [GBR]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Error Detection And Correction (AREA)

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于LDLC和物理层网络编码的通信方法。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，提高通信系统在加性高斯白噪声信道的传播能力。本发明的通信方法通过在第一个时隙将源节点信号进行LDLC编码，在第二个时隙将混合信号进行LDLC译码和物理层网络编码并广播，最终使各源节点还原并获得对方节点信号以完成信息交互。

Description

基于LDLC和物理层网络编码的通信方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及基于LDLC和物理层网络编码的通信方法。
背景技术
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(Physicallayernetworkcoding,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。
为提高物理层网络编码传输的误码性能，许多学者将物理层网络编码与信道编码进行联合设计来降低通信误码率。在众多的信道编码技术中，Turbo码和LDPC码（LowDensityParityCheckCode低密度奇偶校验码，简称LDPC）的性能极其接近Shannon理论限。研究表明，在物理层网络编码与Turbo码的联合设计方案(PNC-Turbo)中，通过在各个节点进行Turbo码编译码的方案，与未进行信道编码的物理层网络编码方案相比，取得了4.5dB的性能增益，但是因为在进行Turbo码译码时需要两个SISO(soft-inputsoft-output)译码模块，译码复杂度较高。在物理层网络编码和低密度奇偶校验码(LDPC)的联合设计方案(PNC-LDPC)中，该方案与未进行信道编码的物理层网络编码方案相比，取得了4.7dB的性能增益，并且译码复杂度与Turbo码相比大大降低。
Turbo码和LDPC码属于加性高斯白噪声信道上的离散取值码，其信道编码性能极其接近Shannon理论限。研究表明，对于加性高斯白噪声信道上的连续取值码，格码是可以达到Shannon理论限的信道编码。2008年，基于LDPC码稀疏校验矩阵的概念产生了一种具有稀疏校验矩阵的低密度格码（LowDensityLatticeCode低密度格码,简称LDLC）。为了进一步扩展通信网络的吞吐量、提高信息传输速率及提高加性高斯白噪声信道的传播性能，探索LDLC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
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，提高通信系统在加性高斯白噪声信道的传播能力，本发明提出了一种基于LDLC和物理层网络编码的通信方法。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
基于LDLC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在第一个时隙生成比特序列b A 和b B ，比特序列b A 和b B 分别经LDLC编码得到信号c A 和c B ；信号c A 和c B 分别经BPSK调制器调制后得到信号s A 和s B ；源节点A和源节点B利用各自的天线将信号s A 和s B 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s A 和s B ，并将接收到的信号叠加得到混合信号；所述混合信号经解调、LDLC译码和物理层网络编码后得到广播信号s R ；中继节点将所述广播信号s R 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s R ，源节点A和源节点B分别利用各自缓存中的比特序列b A 和b B 还原广播信号s R 以获得对方节点发送的信息，完成一次信息交换。
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。
具体的，步骤一和步骤二在进行LDLC编码和LDLC译码时均采用实代数进行计算。
具体的，基于LDLC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。
本发明的有益效果：本发明的通信方法直接从欧式空间上构造格码，各个节点在非有限域空间上进行编译码，使得各节点能够更好地根据节点之间的信道匹配信道特性。本发明将LDLC和PNC联合设计，既降低了系统的误码率，又加强了物理层网络编码在加性高斯白噪声信道中的传播能力。本发明集合了LDLC和PNC的技术优点，不仅提高了通信系统的网络吞吐量、降低了通信系统的误码率，而且提高了通信系统在加性高斯白噪声信道的传播能力。与PNC-LDPC方案相比，本发明的通信方案（简称PNC-LDLC方案）取得了0.2dB的性能增益，并且本发明中的信道编码和信道均采用实代数计算，更适合在加性高斯白噪声信道中传播。
附图说明
图1为本发明的通信模型示意图。
图2为LDLC编码的流程示意图。
图3为LDLC译码的流程示意图。
图4为误码率随信噪比的变化曲线。
其中，圆点实线表示仅使用物理层网络编码时误码率随信噪比的变化曲线，加号实线表示使用编码码长256的PNC-LDLC所获误码率随信噪比的变化曲线，虚线表示使用编码码长1024的PNC-LDLC所获误码率随信噪比的变化曲线，倒三角实线表示使用编码码长2048的PNC-LDLC所获误码率随信噪比的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1，实施例的通信模型用以说明基于LDLC的物理层网络编码技术的原理，实施例通信方法的具体步骤如下：
步骤一：源节点A和源节点B在第一个时隙（即多址接入阶段）生成比特序列b A 和b B 。比特序列b A 和b B 分别经LDLC编码器得到信号c A 和c B ，具体的编码过程见图2。LDLC编码过程中，成形操作是为了最小化信号发送功率，成形方法采用超立方体成形法；采用Gauss-Seidel方法是为了加快迭代收敛速率。信号c A 和c B 分别经BPSK调制器调制后得到信号s A 和s B 。源节点A和源节点B利用各自的天线将信号s A 和s B 发射出去，信号s A 和s B 经过加性高斯白噪声信道的传播到达中继节点。
步骤二：中继节点利用天线接收步骤一中发射的信号s A 和s B ，并将接收到的信号叠加得到混合信号y R 。混合信号y R 经解调、LDLC译码和物理层网络编码后得到广播信号s R 。LDLC译码的工作过程见图3。中继节点将广播信号s R 于第二个时隙（即广播阶段）发射出去。
步骤三：源节点A和源节点B分别接收广播信号s R ，源节点A和源节点B利用各自缓存中的比特序列b A 和b B 分别与广播信号s R 进行异或运算，经异或运算获得对方节点发送的信息，完成一次信息交换。
本实施例中，步骤一源节点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。步骤一和步骤二在进行LDLC编码和LDLC译码时均采用实代数进行计算，经上述信道编码处理的信号非常适合在加性高斯白噪声信道中传播。本实施例的通信方法适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。
为了检验发明的效果，在以下条件下进行仿真实验：a)信道为加性高斯白噪声信道，系统中所有节点均工作在时分半双工通信模式下，系统完全同步，信号发射功率相等；b)码率R C =1/2，约束长度L=5；c)调制方式为BPSK调制。
图4为仿真实验所获误码率随信噪比的变化曲线。图4中横坐标表示信噪比SNR，其范围为[0,10]dB；纵坐标表示误码率BER，其范围为[10-6,100]。从图4中可以得知，与未进行LDLC编码的物理层网络编码系统相比，PNC-LDLC方案大大降低了误码率，增强了系统的可靠性。此外，从图4中还可以看出，随着码长的增加，PNC-LDLC的误码率BER不断降低，即PNC-LDLC的误码性能不断提升。
需要说明的是，BPSK调制和解调、LDLC编码和译码以及物理层网络编码为本领域的公知常识，即使本发明未进行详细说明，本领域技术人员也应当清楚以上步骤。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.基于LDLC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在第一个时隙生成比特序列b A 和b B ，比特序列b A 和b B 分别经LDLC编码得到信号c A 和c B ；信号c A 和c B 分别经BPSK调制器调制后得到信号s A 和s B ；源节点A和源节点B利用各自的天线将信号s A 和s B 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s A 和s B ，并将接收到的信号叠加得到混合信号；所述混合信号经解调、LDLC译码和物理层网络编码后得到广播信号s R ；中继节点将所述广播信号s R 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s R ，源节点A和源节点B分别利用各自缓存中的比特序列b A 和b B 还原广播信号s R 以获得对方节点发送的信息，完成一次信息交换。
2.根据权利要求1所述的基于LDLC和物理层网络编码的通信方法，其特征在于步骤一中源节点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。
3.根据权利要求2所述的基于LDLC和物理层网络编码的通信方法，其特征在于步骤一和步骤二在进行LDLC编码和LDLC译码时均采用实代数进行计算。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于LDLC和物理层网络编码的通信方法，其特征在于所述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。
CN201510974988.6A 2015-12-23 2015-12-23 基于ldlc和物理层网络编码的通信方法 Pending CN105680986A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510974988.6A CN105680986A (zh) 2015-12-23 2015-12-23 基于ldlc和物理层网络编码的通信方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510974988.6A CN105680986A (zh) 2015-12-23 2015-12-23 基于ldlc和物理层网络编码的通信方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105680986A true CN105680986A (zh) 2016-06-15

Family

ID=56189645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510974988.6A Pending CN105680986A (zh) 2015-12-23 2015-12-23 基于ldlc和物理层网络编码的通信方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105680986A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107070586A (zh) * 2016-12-12 2017-08-18 北京邮电大学 一种基于低密度格码的中继协作编码方法及系统
CN107835064A (zh) * 2017-10-19 2018-03-23 北京科技大学 一种基于1比特反馈及格型划分的物理层网络编码传输方法
CN108365919A (zh) * 2018-02-05 2018-08-03 西安电子科技大学 基于ldlc中继传输及对应的联合译码方法
CN110971286A (zh) * 2019-10-22 2020-04-07 浙江理工大学 基于Lattice编码放大转发的网络编码方法及系统
CN111314325A (zh) * 2020-01-23 2020-06-19 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种基于中继控制的物理层网络编码加密收发系统和方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101442394A (zh) * 2008-11-10 2009-05-27 西安电子科技大学 可迭代译码的网络编码协作通信方法
EP2264929A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-22 DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. A data transmission method using OFDM, Physical Layer Network Coding, and decoding of a signal superposition.
CN102158314A (zh) * 2011-04-13 2011-08-17 张胜利 双向中继系统中数据包的处理方法及装置
CN102332964A (zh) * 2010-07-12 2012-01-25 电子科技大学 基于网络-信道联合编译码的多接入中继协作通信技术
CN103036647A (zh) * 2012-12-10 2013-04-10 哈尔滨工业大学 基于mfsk调制方式的物理层网络编码的无线通信方法
CN104836643A (zh) * 2015-04-21 2015-08-12 中国人民解放军军械工程学院 基于mimo-ofdm和物理层网络编码的通信方法
CN104954095A (zh) * 2015-04-21 2015-09-30 中国人民解放军军械工程学院 一种无人机组网通信的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101442394A (zh) * 2008-11-10 2009-05-27 西安电子科技大学 可迭代译码的网络编码协作通信方法
EP2264929A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-22 DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. A data transmission method using OFDM, Physical Layer Network Coding, and decoding of a signal superposition.
CN102332964A (zh) * 2010-07-12 2012-01-25 电子科技大学 基于网络-信道联合编译码的多接入中继协作通信技术
CN102158314A (zh) * 2011-04-13 2011-08-17 张胜利 双向中继系统中数据包的处理方法及装置
CN103036647A (zh) * 2012-12-10 2013-04-10 哈尔滨工业大学 基于mfsk调制方式的物理层网络编码的无线通信方法
CN104836643A (zh) * 2015-04-21 2015-08-12 中国人民解放军军械工程学院 基于mimo-ofdm和物理层网络编码的通信方法
CN104954095A (zh) * 2015-04-21 2015-09-30 中国人民解放军军械工程学院 一种无人机组网通信的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
胡永江，杨志民，袁全盛: "无人机物理层网络编码联合技术研究", 《无线电工程》 *
钱本增: "低密度格码（Low-Density Lattice Code）的研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107070586A (zh) * 2016-12-12 2017-08-18 北京邮电大学 一种基于低密度格码的中继协作编码方法及系统
CN107070586B (zh) * 2016-12-12 2019-07-09 北京邮电大学 一种基于低密度格码的中继协作编码方法及系统
CN107835064A (zh) * 2017-10-19 2018-03-23 北京科技大学 一种基于1比特反馈及格型划分的物理层网络编码传输方法
CN107835064B (zh) * 2017-10-19 2020-09-29 北京科技大学 一种基于1比特反馈及格型划分的物理层网络编码传输方法
CN108365919A (zh) * 2018-02-05 2018-08-03 西安电子科技大学 基于ldlc中继传输及对应的联合译码方法
CN108365919B (zh) * 2018-02-05 2020-04-07 西安电子科技大学 基于ldlc中继传输及对应的联合译码方法
CN110971286A (zh) * 2019-10-22 2020-04-07 浙江理工大学 基于Lattice编码放大转发的网络编码方法及系统
CN110971286B (zh) * 2019-10-22 2022-03-22 浙江理工大学 基于Lattice编码放大转发的网络编码方法及系统
CN111314325A (zh) * 2020-01-23 2020-06-19 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种基于中继控制的物理层网络编码加密收发系统和方法
CN111314325B (zh) * 2020-01-23 2022-02-01 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种基于中继控制的物理层网络编码加密收发系统和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Makki et al. Fast HARQ over finite blocklength codes: A technique for low-latency reliable communication
CN105680986A (zh) 基于ldlc和物理层网络编码的通信方法
Hunter et al. Diversity through coded cooperation
CN101399583B (zh) 蜂窝通信系统中的协作伙伴选择和预编码协作通信方法
CN101567761B (zh) 一种基于网络编码协作中继的交织迭代多用户通信方法
CN101416465A (zh) 使用中继的无线通信网络中的方法和装置
CN102377515B (zh) 协作通信的接收方法、装置和系统
CN105049388A (zh) 一种基于喷泉码与单载波频域均衡的短波通信系统及其传输方法
CN102025451B (zh) 一种协作通信的Turbo码差分跳频方法
CN101442394B (zh) 可迭代译码的网络编码协作通信方法
CN105634671A (zh) 基于喷泉码和物理层网络编码的通信方法
CN101394255A (zh) 多用户无线网络中的两用户协作通信方法
CN110290558A (zh) 一种缓存辅助的多中继传输系统中基于时延的安全传输方法
CN103078716B (zh) 基于分布式3-D Turbo码的中继传输方法
CN102970111B (zh) 一种卫星网络通信中基于冗余编码的多路接入方法
CN101764634A (zh) 一种多进制网络Turbo码的编码方法及编码系统
CN104836643A (zh) 基于mimo-ofdm和物理层网络编码的通信方法
CN104954095A (zh) 一种无人机组网通信的方法
CN101990237B (zh) 一种中继链路数据传输方法及系统
CN103401657A (zh) 一种协作通信部分相干非差分分布式空时编码方法
Dey et al. Performance Improvement in Cellular V2X (CV2X) by Using Low Density Parity Check (LDPC) Code
CN105554813A (zh) 一种在无线中继系统基于随机映射码的数据传输方法
CN106559127A (zh) 一种基于中继的双向通信方法及设备
CN105490721A (zh) 一种全双工交通协作通信网络的估计转发方法
CN108599899A (zh) 一种云接入网下行无速率传输机制

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160615