雙向中繼系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)-秦熠教材

雙向中繼系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)

秦熠2012.11.212Outline引言研究現(xiàn)狀研究動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)仿真比較與討論總結(jié)與展望研究現(xiàn)狀3雙向中繼系統(tǒng)（Two-wayrelay）已成為了討論的熱點(diǎn)之一[1]-[5][1]提出了雙向中繼系統(tǒng)中物理層網(wǎng)絡(luò)編碼（PNC，Physical-layerNetworkCoding）[2]-[5]研究了雙向該系統(tǒng)中PNC的優(yōu)化問題雙向中繼系統(tǒng)下的網(wǎng)絡(luò)編碼已被廣泛研究[2]-[4]研究了雙向中繼系統(tǒng)中最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)[5]研究了雙向中繼系統(tǒng)中基于給定網(wǎng)絡(luò)編碼的預(yù)編碼設(shè)計(jì)[1]S.Zhang,S.C.Liew,andP.P.Lam.Hottopic:physical-layernetworkcoding[C].MobiCom,Sept.2006:358–365.[2]Koike-AkinoT.,PopovskiP.,TarokhV.Adaptivemodulationandnetworkcodingwithoptimizedprecodingintwo-wayrelaying[C].GlobalTelecommunicationsConference,2009:1-6.[3]Koike-AkinoT.,PopovskiP.,Tarokh.Denoisingmapsandconstellationsforwirelessnetworkcodingintwo–wayrelayingsystems[C].GLOBECOM,2008:1-5.[4]Koike-AkinoT.,PopovskiP.,TarokhV.Optimizedconstellationsfortwo–waywirelessrelayingwithphysicalnetworkcoding[J].IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,2009,27(5):773-787.[5]Koike-Akino,T.Popovski,P.;Tarokh,V.Adaptivenetworkcodingintwo–wayrelayingMIMOsystems[C].GLOBECOM,2010:1-6.研究動(dòng)機(jī)4現(xiàn)有研究的不足最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)是基于給定的預(yù)編碼，不能達(dá)到聯(lián)合最優(yōu)最優(yōu)預(yù)編碼設(shè)計(jì)是基于給定的網(wǎng)絡(luò)編碼，同樣不能達(dá)到聯(lián)合最優(yōu)一種聯(lián)合最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼設(shè)計(jì)同時(shí)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)編碼和預(yù)編碼方案，可以盡可能的達(dá)到網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合最優(yōu)，使系統(tǒng)性能優(yōu)于現(xiàn)有的單獨(dú)優(yōu)化方案5Outline引言系統(tǒng)模型網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)仿真比較與討論總結(jié)與展望第一時(shí)隙，兩用戶先后向中繼發(fā)送信息。第二時(shí)隙，中繼對信號(hào)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，同時(shí)將編碼后信號(hào)廣播給兩用戶。這里的網(wǎng)絡(luò)編碼主要起合并星座點(diǎn)的作用，在用戶可以成功解碼的前提下，將距離較近的星座點(diǎn)合并為一組，最終每組對應(yīng)一個(gè)廣播星座點(diǎn)廣播給兩用戶。系統(tǒng)模型I67網(wǎng)絡(luò)編碼舉例1:天線數(shù)：1調(diào)制方式:BPSK;信道:落在該范圍內(nèi)的點(diǎn)定義為情況1落在該范圍內(nèi)德點(diǎn)定義為情況2廣播ReceivedsignalOwnsignalNeededsignal1111-1-1-11-1-1-11Networkcoding系統(tǒng)模型II系統(tǒng)模型II8網(wǎng)絡(luò)編碼舉例2天線數(shù)：1;調(diào)制方式：QPSK若得到右圖9Outline引言系統(tǒng)模型網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)與最優(yōu)預(yù)編碼設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)仿真比較與討論總結(jié)與展望優(yōu)化目標(biāo)10中繼第一時(shí)隙接收到的信號(hào)中繼端對接收到的信號(hào)檢測后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼為了保證用戶端解網(wǎng)絡(luò)編碼的唯一性，對于任意兩組不同的用戶端信號(hào)組合

和

，網(wǎng)絡(luò)編碼

必須滿足接收采用匹配接收，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)編碼求得所需信息優(yōu)化目標(biāo)11對于任意兩組不同的用戶端信號(hào)組合

，定義不同星座點(diǎn)對的距離

表征了兩個(gè)用戶發(fā)送信號(hào)的不同組合，在中繼接收星座圖中的距離。該網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)的最優(yōu)化表達(dá)式及其約束條件最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)與最優(yōu)預(yù)編碼設(shè)計(jì)12最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)初始化內(nèi)容：對任意的兩對信號(hào)組計(jì)算它們間的距離，定義集合D為所有距離組成的集合。對任意的信號(hào)組，定義集合滿足：最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)與最優(yōu)預(yù)編碼設(shè)計(jì)13最優(yōu)預(yù)編碼設(shè)計(jì)通過Karush–Kuhn–Tucker(KKT)條件計(jì)算其中最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)與最優(yōu)預(yù)編碼設(shè)計(jì)14以最大化最小中繼接收信號(hào)距離為目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)以最大化最小中繼接收信號(hào)距離為目標(biāo)的預(yù)編碼設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)編碼預(yù)編碼相互制約網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)1516Outline引言系統(tǒng)模型網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)仿真比較與討論總結(jié)與展望仿真比較與討論17仿真參數(shù)及對比方案中繼端天線數(shù)：2用戶端天線數(shù)：2調(diào)制方式：BPSK信道：高斯信道噪聲：高斯加性白噪聲對比方案：只進(jìn)行最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)聯(lián)合設(shè)計(jì)單獨(dú)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)編碼兩方案88.5%的網(wǎng)絡(luò)編碼不同仿真比較與討論18仿真參數(shù)及對比方案中繼端天線數(shù)：2用戶端天線數(shù)：2調(diào)制方式：QPSK信道：高斯信道噪聲：高斯加性白噪聲對比方案：只進(jìn)行最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)聯(lián)合設(shè)計(jì)單獨(dú)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)編碼兩方案41.3%的網(wǎng)絡(luò)編碼不同19Outline引言系統(tǒng)模型網(wǎng)絡(luò)編碼-預(yù)編碼聯(lián)合設(shè)計(jì)仿真比較與討論總結(jié)與展望