基于物理层网络编码的非对称中继系统性能分析

第５ｌ卷第１２期　２０１１年１２月　电讯技术　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖ０１．５１　Ｎｏ．１２　Ｄｅｃ．２Ｏ１１　文章编号：１００１—８９３Ｘ（２０１１）１２—００１４—０６　基于物理层网络编码的非对称中继系统性能分析　王江洪，谢红　（哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，哈尔滨１５０００１）　摘要：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）和非对称调制方案（ＡＭ）进行　性能对比，分层调制物理层网络编码（ＨＭＰＮＣ）能够极大地改善端到端误比特率以及频谱效率。　关键词：物理层网络编码；非对称中继；分层调制；双向中继信道　中图分类号：ＴＮ９２５　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００ｌ一８９３ｘ．２０１１．１２．００４　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　Ｒｅｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ－ｌａｙｅｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｄｉｎｇ　ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎｇ－ｈｏｎｇ，ＸＩＥ　Ｈｏｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｍｍｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｖｏｃａｔｉｏｎ　ｎｅｅＴｉＩｌｇ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉ，￣ｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｅｄｉｎｇ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｉｎｃ　ｅａｓｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｈａｓ　ａｔｔｒａｃｔｅｄ　ａ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ　ｏｆ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｗｈｅｎ　ｉｔ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ａ　ｔｗｏ．ｗａｙ　ｒｅｌａｙ　ｃｈａｎｎｅｌ　（ＴＷＲＣ），ｉｔ　ｓｕｆｆｅｒｓ　ｆｒｏｍ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ａｓｙｎｎｎｅｔｒｉｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｍｅｄｙ　ｔｒｈｉｓ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ｕｓｉｎｇ　ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｔ　ｈｅ　ｔｓｏｕｌ￣ｅ　ｎｏｄｅ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ．Ｂｙ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ　ｈｏｗ　ｈｉｅｒａｒ－　ｃｈｉｃａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｃａＩｌ　ｂｅ　ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ　ｎｄ　ｏｐｔａｉｍｉｚｅｄ　ｉｔｗｈ　ｐｈｙｓｉｃａｌ—ｌａｙｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｄｉｎｇ。ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｌｔｕｓ　ａｒｅ　ｅｎｃｏｕｒａｇｉｇ　ｉｎｎ　ｈａｔｔ　ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｌｙ　ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ｐｈｙｓｉｃａｌ—ｌａｙｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｅｄｉｇ（ＨＭＰＮＣ）ｓｉｎ　ｉｌｉｃａｌｌｄｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｅｎｄ—ｔｏ．ｅｎｄ　ｂｉｔ．ｅｒｒｏｒ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｙ　ａｔｎｄ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ｉｒｌ　ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｒｅｌａｙ　ｃｈａｎｎｅｌｓ．ａＳ　ｃｏｍｐａｌ￣ｗｉｔｈ　ｃｏｎｖｅｎ．　ｔｉｏｎａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＣＭ）ａｎｄ　ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＡＭ）．　Ｋｅｙ￣ｉｘｌｓ：ｐｈｙｓｉｃａｌ・ｌａｙ盯　ｔｗＩ　ｃｏｄｉｎｇ；ａｓｙｎｍ￣ｅ　ｒｄａｙ；ｈｉｅ￣Ａｉｃａｌ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｔｗ￣－ｗａｙ　Ｉｅｌ　ｃｌ１删　（１　Ｃ）　量（根据最大流一最小割原理确定）进行数据传输。　１　引　言　网络编码（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｄｉｇ，ＮＣ）由香港中文大学　ｎ的Ｒ．Ａｈｌｓｗｅｄｅ、Ｎ．Ｃａｉ、Ｓ．一Ｙ．Ｒ．ｎ以及Ｒ．Ｗ．　Ｎ．Ｃａｉ等在文献［２］中提出了线性网络编码的　概念，详细论述了线性范围内达到系统理论容量界　的问题，即仅在节点处进行线性网络编码，就可以达　到网络的理论上限。ｗｕ　Ｙ等在文献［３］中研究了双　Ｙｅｕｎｇ于２０００年首次提出　］，因其广播特性适于应　用在无线网络中进行信息传输，从而吸引了众多学　者进行相关研究，并有了大量的研究成果。典型的　向中继网络中基于ＸＯＲ运算的信息交换方法。　物理层网络编码（Ｐｈｙｓｉｃａｌ—ｌａｙｅｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｄ．　ｉｎｇ，ＰＮＣ）［４－６Ｊ通过在节点处采用恰当的调制解调技　网络编码对已知信息采用简单的“异或”操作进行处　理。网络编码的优势在于可以使网络以理论上界容　｛ｊ｝收稿日期：０１１—０７—２６；２修回日期：２０１１—１０—１９　・术，使得无线电磁波信号的叠加与数据比特流间建　１４・　第１２期　王江洪等：基于物理层网络编码的非对称中继系统性能分析　总第２７７期　立起映射关系，将由于无线链路广播特性引起的信　号间干扰转换为网络编码操作的一部分，从而改善　系统性能并有效提升系统的吞吐量。　Ｌｏｕｉｅ等在文献［７］中详细论述了物理层网络编　码在双向中继网络中的性能，从传输速率和误比特　率方面进行了比较和分析。　件，且任意两节点间的信道条件是相互的，即ｓ—　与尺一．ｓ链路拥有相同的信道条件。　本文共考虑３种方案进行性能比较。　方案一：各节点均采用ＱＰＳＫ调制，称作常规调　制（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＣＭ）方案；　方案二：源节点　采用１６一ＱＡＭ调制，中继节　分层调制（Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＨＭ）Ｌｓ—ｌＯｊ技　术将广播通信信号分为两种不同类型，根据数据不　点Ｒ和目的节点Ｄ采用ＱＰＳＫ调制，称作非对称调　制（Ａｓｙｍｍｅｔｉｒｃ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＡＭ）方案；　同的优先级给予不同的保护，即将高优先级的数据　调制到高保护的比特位，低优先级的数据调制到低　保护的比特位。该技术已经应用于数字广播通信系　统ＤＶＢ—Ｔ标准中。　在现有基于网络编码的中继网络研究中，均假　设网络是对称的，而对于中继位置不对称造成的系　统性能下降关注较少。本文针对这一情况，提出了　基于物理层网络编码的分层调制（ＨＭＰＮＣ）技术，分　别在加性高斯白噪声信道和瑞利信道条件下进行了　性能仿真，并给出了仿真结果和分析。　２网络编码在中继网络的应用　本文研究基于三节点中继网络，该网络包括一　个源节点ｓ、一个中继节点尺和一个目的节点Ｄ。　源节点和目的节点通过中继节点进行信息交换。　在三节点中继网络中，源节点和目的节点需要经　过４个时隙才能完成信息交换。而采用物理层网络　编码后，只需要两个时隙就可以完成，如图１所示。　ＱＰＳＫ　图１基于ＰＮＣ的非对称三节点中继网络　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｒｅｅ—ｎｏｄｅ　ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ｒｅｌａｙ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ＰＮＣ　第一时隙：源节点和目的节点同时向中继节点　和对方发送数据；　第二时隙：中继节点将第一时隙接收到的数据　进行物理层网络编码后，广播给源节点和目的节点。　源节点和目的节点接收到中继节点广播的数据后，　经过相应处理，就可以得到所需的信息。　假设ｓ—Ｒ间信道条件优于Ｄ—　间信道条　方案三：源节点．ｓ采用分层调制４／１６一ＱＡＭ，　中继节点Ｒ和目的节点Ｄ仍采用ＱＰＳＫ调制，称作　物理层网络编码分层调制（ＨＭＰＮＣ）方案。　ＨＭＰＮＣ方案如图２所示，源节点Ｓ采用４／１６一　ＱＡＭ分层调制方法，将数据分成高优先级ｓＨ和低　优先级ＳＬ两部分进行传输。中继节点Ｒ和目的节　点Ｄ仍采用ＱＰＳＫ调制。　４／１６　＾Ｍ　ＱＰＳＫ　图２　Ｈ￣Ⅱ＇ＮＣ方案　Ｆｉｇ．２　ＨＭＰＮＣ　ｓｃｈｅｍｅ　图３显示了源节点ｓ采用４／１６一ＱＡＭ调制时　的星座图，定义ｄ、ｄ】和ｄ２：２ｄ】表示黑色ＱＰＳＫ星座　点间距离；２ｄ２表示一个象限内灰色ＱＰＳＫ星座点间　的距离；２ｄ表示相邻象限间灰色ＱＰＳＫ星座点间的　．　距离。定义星座优先级参数　＝　，以此来判定两　个数据流的优先级。当０＜　＜１时，　数据具有高　优先级，反之当　＞１时，ｓ日数据具有低优先级。　Ｊ　ｏ　ｏ　Ｑ　●　●　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　ｏ　●　＇　ｏ　Ｉｌ　ｏ—＿２　—０　ｆＩ　　ｏ　图３　４／１６一ＱＡＭ调制　Ｆｉｇ．３　４／１６一ＱＡＭ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　・　１５・　ＷＷＷ．ｔｅｌｅｏｎｌｉｎｅ．ｃｎ　电讯技术　２０１１焦　３误比特率和系统容量分析　定义ｙ　，　表示ｉ与　间链路的平均信噪比，例如　ｙｓ．Ｒ表示源节点Ｊｓ和中继节点Ｒ间平均信噪比，且　７ｔ．　７ｊ．ｉ　ｏ　３．１　ＣＭ方案端对端误比特率分析　源节点ｓ和目的节点Ｄ的误比特率（ＢＥＲ）［“］：　吉ｅ　）’ＡＷＧＮ　尸（　—Ｃ　）＝　（１）　ｅｉ出式中，ｉ∈（Ｓ，Ｄ）。　同理，中继节点尺的误比特率：　吉ｅ　），ＡＷＧＮ　尸（琦一ＣＭ）：　］ｌ　，Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｊ　（２）　式中，　∈（Ｓ，Ｄ）。　假设ＳＲ和ＲＤ链路无误时，来自ＤＲ链路的错　误比特信息在中继节点处经过网络编码操作，生成　新的比特信息进行广播后，将导致最终的译码错误。　同理，任意两条链路同时出错，则不会影响最终的译　码结果。根据以上原理，可以得到公式：　ｇ（　，Ｙ　，　）＝　ｆ・Ｙ　・　＋　・Ｙ　・　＋　・Ｙ　・　＋　・Ｙ　・　（３）　其中，ｘ　１一　，且　Ｙ　、　分别表示ＳＲ、ＤＲ、ＲＤ　链路的误比特率。　源节点ｓ的端对端误比特率可表示为　Ｐ（Ｓ—ＣＭ—ｅ２ｅ）＝ｇ（Ｐ（Ｄ一例），Ｐ（Ｓ—ＣＭ），Ｐ（ＲＤ一例））（４）　目的节点Ｄ的端对端误比特率可表示为　Ｐ（Ｄ—ＣＭ—ｅ２ｅ）＝ｇ（Ｐ（Ｓ一伽），Ｐ（Ｄ一伽），Ｐ（Ｐ３一　））（５）　３．２　ＡＭ方案端对端误比特率分析　在ＡＭ方案中，源节点Ｓ和中继节点采用１６一　ＱＡＭ调制，目的节点Ｄ采用ＱＰＳＫ调制。　当中继节点在第二时隙进行网络编码操作时，　需要将目的节点发送的数据进行加冗余处理（如加　零等操作），并在ＲＤ链路传输经１６一ＱＡＭ调制的　数据（即．ｓ　Ｄ　）。由于肋链路信道条件较差，仅　・　１６・　能保证ＱＰＳＫ信号的传输，而高阶调制信号（１６一　ＱＡＭ）将会遭受严重的衰落影响，进而引起整个系统　性能的下降，具体性能曲线将在仿真结果中给出。　３．３　Ｉ－ＩＭＰＮＣ方案端对端误比特率分析　由文献［１２］可知，当源节点ｓ采用分层调制　时，高优先级数据流　和低优先级数据流ｓ￡的误比　特率分别为　Ｐ（　一ＳＤ　Ｉ　）＝　１　［１Ｉ（１，０；　２，１６，ＹｓＤ，（１，２；，１６，　印；＋）（６）　Ｐ（ＳＬ—ＳＲ　　ｌ）＝　１｛２１（０，１；　，１６，　）＋　，（２，１；Ｊ：【，１６，ｙ船）一　，（２，３；　，１６，７职）｝　（７）　其中：　，（０，ｂ；　，Ｍ，　）＝　ｆｅ　【￣／Ｇ（口，ｂ；　，　）　），ＡＷＧＮ　ｉ　一／１　Ｇ（ａ，ｂ；Ａ，Ｍ）－Ｙｉ　～Ｒａｙ　ｉ曲　Ｇ（ａ，ｂ；　，Ｍ）＝　２［＋１　　／２一】萧１等２］　＋（）／　３丽１［　／４一］　　２２（９）　式中，　和　分别表示星座优先级参数及调制级数。　同样，可以得到目的节点Ｄ和中继节点Ｒ处的　误比特率公式：　Ｐ（Ｄ—ＤＲ）＝去，（１，０；０，４，ｙ珊）　（１ｏ）　Ｐ（Ｒ—Ｒｉ）＝去，（１，０；０，４，ｙ肺），　∈（Ｓ，Ｄ）　（１１）　根据公式（６）～（１１）可以得到系统端对端误比　特率：　Ｐ（Ｓ￡一ｅ２ｅ　ｌ　）：　ｇ｛Ｐ（ＳＬ—ＳＲ』　），Ｐ（Ｄ一　ｆ　），Ｐ（Ｒ一肋Ｉ　））　（１２）　Ｐ（Ｓ—ｅ２ｅ　ｌ　）＝去［Ｐ（ＳＬ—ｅ２ｅ　ｌ　）＋Ｐ（Ｓｚ—ＳＤｌ　）］　（１３）　Ｐ（Ｄ—ｅ２ｅ　ｌ　）：　ｇ｛Ｐ（ＳＬ—ＳＲ　ｌ　），Ｐ（Ｄ一　Ｉ　），Ｐ（Ｒ—ＲＳ　Ｉ　））　（１４）　３．４系统遍历容量分析　设源节点ｓ生成信号形式为　ｓ＝ｋＳＨ＋（１一ｋ）ＳＬ　（１５）　其中，０＜ｋ≤１。则中继节点Ｒ和目的节点Ｄ接收　第１２期　王江洪等：基于物理层网络编码的非对称中继系统性能分析　总第２７７期　到的信号为　＝ｈｓｆｃｓ＋　，　∈（Ｒ，Ｄ）　（１６）　其中，信道参数ｈｓＲ和ｈｓＤ间相互独立同分布，噪声　１７，　为零均值、方差为ｎ的复高斯随机变量。可得到　第一时隙中继节点和目的节点接收数据　和Ｓ　时　的瞬时信噪比为　）＇ｓｉ，ｓＨ－　，　）（１７）　，，　Ｓｎ：　——　（１８）１　）　同理，第二时隙，源节点和目的节点接收到中继　节点广播的、经网络编码操作后的数据时的瞬时信　噪比为　：　，　∈（ｓ，Ｄ）　（１９）　由于数据５Ｈ可理解为通过直接链路（ｓＤ链路）　进行传输，则其传输速率仅与ｓＤ链路的信道状态有　关。而数据Ｓ￡，需经过　链路和ＲＤ链路，其传输速　率取决于两条链路的信道状态。利用香农公式：　．　Ｃ（ｙ）＝Ｒ　ｌｂ（１＋ｙ）　（２０）　可以推出数据　和ｓ￡的最大传输速率为　Ｒｓ．≤　Ｅ【Ｃ（ｙＳＤ，ＳＲ）】（２１）　，≤ｍｉｎ｛ｆ１・Ｅ［Ｃ（　，ＳＬ）】，　２・Ｅ［ｃ（ｒａｉｎ｛Ｙｎｓ，　））】）　（２２）　其中，Ｅ［・］表示求统计平均，ｔ　表示单位时隙所需　时间。　为了能显著展现中继节点位置对系统遍历容量　的影响，引入路径距离参数　和路径损耗参数　，则　可得各链路平均信噪比与两参数间关系：　ｙ　，ｓ　＝（１一ｋ）艿一　ｓＤ　（２３）　船＝　一　ＳＤ　（２４）　），肋＝（１一　）一　ｓＤ　（２５）　其中，ｏ＜　＜１，　＝　。　直接传输方案（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＤＴ）的系统　遍历容量公式如下：　Ｅ［ＣＤ　］＝Ｅ［Ｃ（ｙｓＤ）］　（２６）　４系统仿真及结果分析　４．１端对端误比特率性能仿真结果　首先比较各方案的端对端误比特率，假设　＝　肋，　船＝３・　珊，　＝０．５。　通过图４、图５和图６的性能曲线对比可以看　出，ＨＭＰＮＣ方案的抗噪性能要优于ＣＭ方案和ＡＭ　方案。　图４是在ＡＷＧＮ信道下ＣＭ方案与ＨＭＰＮＣ方　案性能仿真。仿真结果显示，在ＡＷＧＮ信道高信噪　比条件下，源节点ｓ处的端对端误比特率为１ＯＩ４时　有大约１．５　ｄＢ的性能增益。　图４　ＡＷＧＮ信道下ＣＭ方案与ＨＭＰＮＣ方案性能对比　Ｆｉｇ．４　Ｐｅｒｆｂｒｍａｎｃｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＣＭ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｎｄ　ＨＭＰＮＣ￣ｈｅｍｅ　ｕｎｄｅｒ　ＡＷＧＮ　ｃｈａｎｎｅｌ　图５是在ＡＷＧＮ信道下ＡＭ方案与ＨＭＰＮＣ方　案端对端误比特率性能仿真。仿真结果显示，在　ＡＷＧＮ信道高信噪比条件下，源节点．ｓ与目的节点　Ｄ的端对端误比特率性能均得到一定提升。　图５　ＡＷＧＮ信道下ＡＭ方案与ＨＭＰＮＣ方案　端对端误比特率性能　Ｆｉｇ．５　Ｅｎｄ—ｔｏ—ｅｎｄ　ＢＥＲ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＡＭ　ｓ￣２ｈｅｍｅ　ｎａｄ　ＨＭＰＮＣ　ｓｃｈｅｍｅ　ｕｎｄｅｒ　ＡＷＧＮ　ｃｈａｎｎｅｌ　图６和图７分别是在Ｒａｙｌｅｉｇｈ信道下ＣＭ方案　与ＨＭＰＮＣ方案、ＡＭ方案与ＨＭＰＮＣ方案端对端误　比特率性能。仿真结果显示，虽然ＨＭＰＮＣ方案抗　噪性能仍为最优，但是系统性能较ＡＷＧＮ信道条件　时有大幅下降，说明在较差信道条件下，如要获得更　好的抗噪性能，仅靠改变调制方法不足以达到目的，　需要与其它技术相结合，这也是下一步的研究方向。　・　１７・　’ｖｗｗ．ｔｅｌｅｏｎｌｉｎｅ．ｃｎ　电讯技术　２０ｌ１年　图６　Ｒａｙｌｅｉｇｈ信道下ＣＭ方案与ＨＭＰＮＣ方案　端对端误比特率性能　Ｆｉｇ．６　Ｅｎｄ—ｔｏ—ｅｎｄ　ＢＥＲ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆＣＭ　ｓｃｈｅｍｅ　．　ａｎｄ　ＨＭＰＮＣ　ｓｃｈｅｍｅ　ｕｎｄｅｒ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｃｈａｎｎｅｌ　霎　蒌　图７　Ｒａｙｌｅｉｇｈ信道下ＡＭ方案与ＨＭＰＮＣ方案　端对端误比特率性能　Ｆｉｇ．７　Ｅｎｄ—ｔｏ—ｅｎｄ　ＢＥｌｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ＡＭ　ｓｃｈｅｍｅ　ｎａｄ　ＨＭＰＮＣ　ｓｃｈｅｍｅ　ｕｎｄｅｒ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｃｈａｎｎｅｌ　同时，为了讨论不同的　值对系统性能的影　响，采用不同的　值对系统进行仿真。图８显示了　在ＡＷＧＮ信道条件下，ＨＭＰＮＣ方案采用不同　值　对系统性能的影响。　图８　ＡＷＧＮ信道下ＨＭＰＮＣ方案不同　值性能对比　Ｆｉｇ．８　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｍｐａｒｉｏｓｎ　ｏｆ　ＨＭＰＮＣ　ｓｃｈｅｍｅ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｕｎｄｅｒ　Ｒａｙｌｅｉｇｈ　ｃｈａｎｎｅｌ　・１８・　可以看出，随着　值的增大，源节点Ｓ的性能　逐渐下降，这与　值的定义是相符合的。　值变化　导致分层调制的星座点间距离变化，影响了数据流　的优先级，因此，根据系统需求合理设置星座图，可　以得到满意的系统性能。　４．２系统遍历容量仿真结果　假设链路ｓＤ间的平均信噪比为＿ｙｓＤ＝５　ｄＢ，路　径损耗参数　＝４。　由图９可以看出，当中继节点到源节点和目的　节点距离相等时，系统遍历容量达到峰值。　２．２　２　警　．　？　’　≥　÷．．　＼　凝　ｊ　繇　ｌ　二＝愆　盘害羞器疆－　一　毒……　－－Ｏ．８　　．￣ｆ　路径歪离参数　图　系统遍历容量对比　Ｆｉｇ．９　Ｅｒｇｏｄｉｃ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆｆｏｕｒ　ｓｃｈｅｍｅｓ　ＨＭＰＮＣ方案由于采用了物理层网络编码，减少　了传输时隙，较传统双向中继方案（四时隙传输）和　传统网络编码方案（三时隙传输）分别提高了５０％　和３３％的系统容量。　５结论　本文提出了一种应用于非对称双向中继网络的　基于物理层网络编码的分层调制方案，进行了端对　端误比特率和系统遍历容量的性能仿真及分析。仿　真结果显示提出的方案可以有效提高系统的抗噪性　能，并且较以往的中继传输方案较大幅度提升了系　统遍历容量。同时，对　值的仿真显示，根据不同　的通信要求，改变星座点间距离，以此影响数据流的　优先级，改变系统的性能。　但该方案在信道条件较差时（如Ｒａｙｌｅｉｇｈ信道）　抗噪性能有一定的下降，下一步将研究该方案与其　它抗噪技术结合的方案，来进一步提升系统的抗噪　能力。　参考文献：　［１］Ａｈｌｓｗｅｄｅ　Ｒ，Ｃａｉ　Ｎ，Ｌｉ　Ｓ　Ｙ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　第１２期　王江洪等：基于物理层网络编码的非对称中继系统性能分析　总第２７７期　ｌｆｏｗ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ，２０００，４６　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｌＪ　Ｊ．ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２０　。ｌ１　（４）：１２０４—１２１６．　（１）：６４—６６．　［２］　ⅡＳ　Ｙ　Ｒ，Ｙｅｕｎｇ　Ｒ　Ｗ，Ｃａｉ　Ｎ．Ｌｉｎｅａｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　［Ｊｊ．ＩⅡ　［１０Ｊ　Ｊｕｎｇ　Ｍｉｎ　Ｐａｒｋ，Ｓｅｏｎｇ—Ｌｙｕｎ　Ｋｉｍ，Ｊｉｎｈｏ　Ｃｈｏｉ．Ｈｉｅｒａｒｅｈｉ—　Ｔｒａｌｌ￥ａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎＩｎｆｏｒｍａｉｔｏｎＴｈｅｏｒｙ，２Ｏ０３，４９（２）：３７１—３８１．　ｃａＵｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｄｉｇｎ　ｆｏｒ　Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　Ｔｗｏ—Ｗａｙ　［３］　Ｗｕ　Ｙ，Ｃ　Ｐ　Ａ，Ｉ＜ｕ嚷Ｓ　Ｙ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ既ｃ｝ｌａｎｇｅ　ｉｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｒｅｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｌＪ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ　Ｔｅｃｈ—　Ⅸ　ｗｉｌｌｌ　１．￣ｔｗｏ／－ｋ　ｃｏｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｃａ１一ｌａｙｅｒ　ｂｒｔｍｄｃａｓｔ　ｎｏｌｏｇｙ，２０１０，５９（５）：２１７９—２１８４．　［ｃ］／／ｈ０ｏｅｅｄｉｎ　ｏｆ　２ＩＤ晒Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉ．　［１１］Ｐｒｏａｋｉｓ　Ｊ　Ｇ．Ｄｉｇ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．５ｔ｝Ｉ　ｅｄ．Ｓｉｎｇａ．　ａｎｄ　Ｓｖ姗璐．Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，佃，ＵＳＡ：哑，２ＯＯ５：１—４．　ｐｏｒｅ：ＭｃＧｒａｗ—ＨｉＵ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏ．．２００７．　［４］　Ｓ，Ｌｉｅｗ　Ｓ—Ｃ，Ｌａｍ　Ｐ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ—ｌａｙｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｄ－　［１２Ｊ　Ｖｉｔｔｈａｌａｄｅｖｕｎｉ　Ｐ　Ｋ，Ａｌｏｕｉｉｎ　Ｍ—Ｓ．ＢＥＲ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｏｆ４／Ｍ　ｉｎｇｌ　ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１２ｔｈ　Ａｎｎｕａｌ　Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎ－　—ＱＡＭ　ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｆｅｒｅｎｅｅ　ｏｎ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ．Ｌｏｓ　Ａｎｇｅｌｅｓ，　ｏｎ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔ，２０ｏ１，４７（３）：２２８—２３８．　ＣＡ，ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００６：３５８—３６５．　［５］　Ｓ，Ｌｉｅｗ　Ｓ—Ｃ，Ｌａｉｎ　Ｐ．Ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　作者简介：　Ｐｈｙｓｉｃａｌ—ｌａｙｅｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｃｏｄｉｎｇ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　王江洪（１９８卜），男，辽宁阜新人，２Ｏ０９年于哈尔滨工程　２００６皿Ｅ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ．Ｃｈｅｎｇｄｕ：ＩＥＥＥ。　大学获学士学位，现为硕士研究生，主要研究方向为基于网　２０ｏ６：４０４—４０８．　络编码的协作通信技术；　［６］　Ｃｈｅｎ　Ｙ　Ｄ，Ｋｉｓｈｏｒｅ　Ｓ，“Ｊ　Ｔ．Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｎｅｔ—　ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎｇ—ｈｏｎｇ　Ｗａｓ　ｂｏｍ　ｉｎ　Ｆｕｘｉｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｉｎ　ｗｏｒｋ　Ｃｏｄｉｇｎ［Ｃ　Ｊ／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｇｎｓ　ｏｆ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　１９８７．Ｈｅ　ｒｅｃｅｉｖｅｄｔｈｅ　Ｂ．Ｓ．ｄｅｇｒｅｅｆｒｏｍＨａｒｂｉｎｒｕｃｉｎｅｅｒｉｇｎＵｎｉｖｅｒ—　ｎａｄ　Ｎｅｔｗｏｒｋｉｇｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｓａｎ　Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，ＣＡ：ＩＥＥＥ。　ｓｉｔｙ　ｉｎ２Ｏ０９．Ｈｅ　ｉｓ　ｎｏｗ　ａ　ｅ　ｓｔｕｄｅｎｔ．Ｈｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｔｅｒｅｓｔｓ　ｉｎ—　２０ｏ６：１６８１一ｌ６８６．　ｅｌｕｄｅ　ｅｏｏｐｅｒ￣ｉｖｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｄｉｎｇ．　［７］　ＬｏｕｉｅＲＨＹ，ＹｏｎｇｈｎｉＬｉ，ＶｕｃｅｔｉｃＢ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙ－　Ｅｍａｉｌ：ｗｊｈｐｍｃ５＠１６３．ｃｏｒｎ　ｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｏｄｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｗｏ—ｗａｙ　ｒｅｌａｙ　ｃｈａｎｎｅｌｓ：ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　谢红（１９６２一），女，黑龙江哈尔滨人，２００６年获哈尔滨　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｎａｄ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｗｉｅｒｌｅｓｓ　工程大学通信与信息系统专业博士学位，现为教授，主要研　ＣｏｍｍｕｎｉｅａｔｉＯＩｌＳ，２０１０，１９（２）：７６４—７７７．　究方向为现代通信系统与通信技术。　［８］　Ｊ￣ａｎｇＨ．Ｗｉ　ＰＡ．Ａ　ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｍｏｄ￣ａｔｉｏｎｆｏｒ　ｕｐｇｒａｄ—　ＸＩＥ　Ｈｏｎｇ　Ｗａｓ　ｂｏｍ　ｉｎ　Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｉｎ　ｉｎｇ　ｄｉｇｉ￣ｂｒｏａｄｃａｓｔ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　１９６２．Ｓｈｅ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　ｔｈｅ　Ｐｈ．Ｄ．ｄｅｇｒｅｅ　ｆｒｏｍ　Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕ．　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｇｎ，２００５，５１（２）：２２３—２２９．　ｉｎｖｅｒｓｉ￣ｉｎ　２ＯＯ６．Ｓｈｅｉｓ　ｎＯＷ　ａｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．Ｈｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓｉｎ．　［９］　Ｈａｕｓｌ　Ｃ，Ｈａｓｅｎ￣ｕｅｒ　Ｊ．Ｒｅｌａｖ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ０ｎ　ｗｉｔｈ　ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ　ｅｌｕｄｅ　ｍｏｄｅｍ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　关于《电讯技术》栏目调整的通知　为了更好地发挥栏目的作用，体现本刊特色，与国际接轨，编辑部在充分调查作者、读者意见，以及征求　审稿专家意见的基础上，经编委会讨论决定，从２０１２年１月起，将现有部分栏目进行调整，具体如下：　（１）将“系统总体技术”改为“系统工程（ｓｙｓｔｅｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）”；　（２）将“基础技术”改为“基础技术与工程应用（Ｂａｓｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉ。ｎ）”；　（３）增加“仿真、测试与试验（ｓｉ咖ｌａｔｉ０ｎ，Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）’’栏目。　本刊编辑部　・１９・