无线双向中继信道中基于CPM的物理层网络编码技术研究

Physical-layer network coding (PNC), proposed in 2006, can further increase the throughput of a two-way relay channel (TWRC). It has gained much attention in recent research. As a matter of fact, most of previous works primarily focus on the linear modulation methods, such as PAM, PSK and QAM. Continuous phase modulation (CPM) is a non-linear digital modulation scheme with constant envelope. It contains excellent spectral and power efficiency comparing with other modulation schemes. In this project, we study the application of CPM to a TWRC with PNC. The new scheme, i.e., CPM-PNC, provides a new viewpoint for high speed communication and transmission. So there will be significant practical and theoretical meaning.. The following contents about CPM-PNC in a TWRC will be covered in this project. Firstly, we will investigate the signal detection and performance analysis of the CPM-PNC system. Then, the design and optimization of the new scheme of joint channel code, CPM and PNC will be investigated. Finally, we will study the CPM-PNC scheme with OFDM technology over frequency-selective fading channels and analyze the feasibility, to promote the research of new style high spectral communication system.

2006年提出的物理层网络编码（PNC）技术进一步提高了双向中继网络的吞吐量，得到了人们的广泛关注。然而后续的研究大多基于线性调制方式，如PAM、PSK和QAM等。连续相位调制（CPM）是一种恒包络的非线性调制方式，具有其它调制方式难以比拟的频谱效率和功率效率。本项目将CPM技术应用于无线双向中继信道，研究基于CPM的物理层网络编码方案，即CPM-PNC，为高速通信及其传输理论提供崭新的视角和方法，具有一定的理论及现实意义。. 本项目拟在无线双向中继网络中：1）研究CPM-PNC系统的信号检测方案及性能分析；2）研究联合信道编码-CPM调制-物理层网络编码系统的设计及优化；3）在频率选择性衰落信道下研究联合OFDM技术的CPM-PNC方案，分析论证其可行性，以推进新型高效通信体制的探究。

物理层网络编码（PNC）技术可以极大地提高无线双向中继信道的吞吐量。在PNC系统中采用连续相位调制（CPM）方式可以进一步提高频谱和功率效率。课题组深入研究了基于CPM的物理层网络编码方案及相关技术，为解决无线双向中继信道下的高效信息传输提供理论支撑。.项目研究内容主要包括以下几个部分：（1）基于CPM调制的物理层网络编码设计。提出了适合全响应和部分响应CPM-PNC的中继检测算法，推导了叠加信号之间最小欧氏距离上边界并给出中继检测的平均误符号率下边界，仿真结果表明，理论分析的下边界是紧的，选择合适的调制指数可以使CPM-PNC系统获得较好的误码性能；提出了基于倾斜相位模型的CPM-PNC方案，误码性能没有损失且降低了检测复杂度。（2）无线双向/中继信道的物理层安全传输方法。针对模拟网络编码系统，提出一种协作干扰策略实现系统安全能效的优化；针对射频识别系统，提出采用中继选择和人工干扰方式实现物理层安全传输；针对多中继协同系统，提出联合单中继和干扰选择方案进一步提高物理层安全性能；针对不同场景的上行/下行链路，研究了用户接入、波束成形、信号星座设计等技术。（3）信道编码、CPM调制和物理层网络编码联合设计。针对单向信道提出一种基于网格编码CPM的串行级联编码调制方法；针对双向中继信道提出基于比特级交织和符号级交织的联合信道编码、CPM调制和物理层网络编码方案，分析了系统参数对误码性能的影响，进一步提高了无线双向中继系统的频谱效率、功率效率以及差错性能；提出一种联合频率偏移和位定时的非数据辅助（NDA）的CPM信号同步方法，该方法整体复杂度较低，适合功率受限系统。（4）复杂信道条件下的网络编码通信方法。针对多径衰落信道，提出基于OFDM-CPM的物理层网络编码方法，实现误码性能的提升；针对多中继传输信道，设计不同的网络编码机制实现网络吞吐量提升；针对多用户数据广播信道，提出两种低复杂度立即可译网络编码方法降低了系统复杂度。