论文部分内容阅读
摘要：基于物理层的网络编码技术可在提高通信系统通信容量的同时，保证信号的安全、稳定传输，从而提高通信质量。本文从物理层网络编码技术的概念和特点入手，对该技术中通信信号的处理和分析方法作详细探析，并在此基础之上提出一种基于译码辅助的通信信号忙恢复算法，通过实验分析得出相关结论，供同行参考借鉴。
关键词：物理层；网络编码；通信信号；分析方法
随着通信技术的不断发展，人们对通信质量的要求也越来越严格。鉴于通信信号传输的稳定性以及通信容量是影响通信质量的两个主要因素，所以想要提高通信质量，让通信技术更好的服务于生活，就必须从质量影响因素下手，增大信号传输容量并保证信号传输的稳定性。这样一来，采取何种方式来增大通信容量，保证信号的稳定、可靠传输便成为了当前业界人士倍加关注的问题。本文现提出一种可有效提高通信容量的信号处理技术——网络编码技术，并就该技术对通信信号的处理方法作浅要分析。
1、网络编码和物理层网络编码
1.1 网络编码技术
网络编码技术是解决网络通信系统通信容量低，通信质量差的一项关键技术，目前在网络领域、信息领域以及编码领域中得到了广泛的关注和应用。随着无线网络技术的不断发展，网络编码的应用范围和研究阵地也逐渐从有线网络转移到了无线网络中，而在无线网络领域中，网络编码除了可以应用于网络层外，还可以应用于物理层，这也就是我们即将要提到的物理层网络编码技术。事实上，网络编码技术本身就具备有提高网络吞吐量，保证网络信号传输不受干扰，通信质量不会下降的功能特点。
1.2 物理层网络编码技术
所谓物理层网络编码技术，实质就是指应用于物理层的网络编码，主要工作原理是将2个相互混合的模拟数字化信号看作是一个经过了网络编码之后的独立信号，然后对信号进行处理和传输。相比于网络层网络编码技术，基于物理层的网络编码技术所需要进行的信号传输次数更少，仅仅只需要两次。所以说物理层网络编码技术更能提高网络系统的通信吞吐量，并有效解决信号冲突和干扰问题。
2、基于物理层网络编码技术下的通信信号分析
为了分析物理层网络编码的通信信号及其处理方式，本文现基于无线通信的传输特性，利用现有的无线频谱资源来建立相应的频率截获模型，将物理层网络编码中所遇到的混合信号盲恢复问题转变成单通道混合信号分离问题，并在此基础上提出三种试验算法，即变换域滤波法、多参数联合估计法以及符号序列和信道参数联合估计法。最后，文章结合现有的物理层网络编码信号盲恢复处理法及其通信系统自身的特点，利用混合星座图和译码算法来分析通信系统对通信信号的处理。
2.1 通信信号分析
分析研究物理层网络编码通信系统的通信机制，最终得出通信系统要实现信号的接收和交换只需要两个时隙。而作为第三方，充分获取已有的先验信息成为实现混合信号盲恢复的重要前提。实现信号盲恢复的关键是充分利用先验信息对混合信号进行分离。由物理层网络编码的基本原理可知，混合信号具有相同的载波频率、调制方式以及编码方式，因此映射信息可以作为混合信号盲恢复的先验信息。
2.2 信号恢复原理
基于上述分析，物理层网络编码中的通信信号截获问题就转化为单信道混合信号盲恢复的问题。如图1所示，首先通過对混合信号的功率比进行估计，获取标准的混合星座；接着，对混合信号进行预处理，得到每个最佳采样点包含的信息；然后，结合相应的译码算法对获取的比特信息进行分离；最终，得到通信双方的信息序列。
2.1 预处理过程
预处理的主要目的是将混合信号中每个星座点的比特信息组成，在预处理过程中分为两部分：第一部分将通过功率比估计获取混合信号的参考星座，第二部分将通过最小欧氏距离对得到的数据进行判决分析。
在合作通信时，中继节点处要求接收到的信号必须满足功率控制和同步的条件，因此在大多数情况下，非合作方接收的信号不满足这些条件，假定在非合作接收点R′处，接收到的信号不同步且功率不相等，该假设在实际中比较容易满足。对于不同步的混合信号，混合信号可以分为三部分：前一部分为S1信号的信息，功率为p1，中间部分为S1和S2的混合信息；后一部分为S2的信息，功率p2。通过未受污染的两端信号进行功率比估计，得到整个信号的功率比a，定义a= p1/ p2为两混合信号的功率比。其中，判断信号是否被污染属于能量检测的一部分，通过能量检测得到跳变点，然后分别对三段信号进行处理。
2.2 译码辅助恢复算法
在时刻t，S1发送的符号X1和S2发送的符号玖，其包含的信息分别为x1x2和y1y2，两个符号经过调制映射后形成星座点E1和E2，在非合作接收点收到混合信号的星座点应该是两个星座点加和的结果E2，这样该混合信号的采样点E2对应的比特组成为x1x2y1y2，因此，通过分析可以得知该星座点所包含的信息。
以第一路为例说明分离器设计的原理。由预处理过程可知，已经将信息分为两组，简单记为X序列和Y序列，由于信道和算法本身的影响，分组信息很不可靠，因此分离器是依据维特比译码原理而设计，将X序列进行正确译码，是获取最终信息的关键。
最后，基于编码辅助的物理层网络编码信号分析方法主要有以下几步：
第1步分析第二时隙的映射信号，获取该通信方案的先验信息，如信号调制方式、编码方式以及中继映射方案等，为分析第一时隙的混合信号打下基础。
第2步第一时隙中混合信号的功率比估计，获取通信双方在接收点的混合方式，为提取无干扰的标准星座图做准备。
第3步预处理过程，将接收到的星座点先预判为标准星座图中的星座点，然后将混合信息分为两组，形成各自的信息序列。
第4步将每组信息通过译码等方法进行后续处理，克服信道和预处理的干扰，成功恢复出通信双方的信息。
3、结束语
综上所述，基于物理层网络编码技术下的通信信号的处理难度相对比较复杂，尤其是信号的盲恢复处理技术。但从通信技术的发展层面来看，基于物理层的网络编码技术比网络层编码技术更能适应复杂多变的网络环境，并且能在运行中有效解决多业务模式下所面临的众多问题，达到提高通信吞吐量和信号传输质量的目的。
参考文献
[1] 彭耿，王丰华，黄知涛，姜文利. 单通道混合信号中周期信号的盲分离[J]. 湖南大学学报（自然科学版）. 2010（04）
[2] 欧阳玉花，贾向东，傅海阳. 网络编码双向机会协作系统无线传输方案频谱效率比较分析[J]. 信号处理. 2012（10）
[3] 谭国平，彭新华，倪新洋，李岳衡. 基于部分网络编码的移动自组网实时多播协议研究[J]. 微电子学与计算机. 2012（09）
关键词：物理层；网络编码；通信信号；分析方法
随着通信技术的不断发展，人们对通信质量的要求也越来越严格。鉴于通信信号传输的稳定性以及通信容量是影响通信质量的两个主要因素，所以想要提高通信质量，让通信技术更好的服务于生活，就必须从质量影响因素下手，增大信号传输容量并保证信号传输的稳定性。这样一来，采取何种方式来增大通信容量，保证信号的稳定、可靠传输便成为了当前业界人士倍加关注的问题。本文现提出一种可有效提高通信容量的信号处理技术——网络编码技术，并就该技术对通信信号的处理方法作浅要分析。
1、网络编码和物理层网络编码
1.1 网络编码技术
网络编码技术是解决网络通信系统通信容量低，通信质量差的一项关键技术，目前在网络领域、信息领域以及编码领域中得到了广泛的关注和应用。随着无线网络技术的不断发展，网络编码的应用范围和研究阵地也逐渐从有线网络转移到了无线网络中，而在无线网络领域中，网络编码除了可以应用于网络层外，还可以应用于物理层，这也就是我们即将要提到的物理层网络编码技术。事实上，网络编码技术本身就具备有提高网络吞吐量，保证网络信号传输不受干扰，通信质量不会下降的功能特点。
1.2 物理层网络编码技术
所谓物理层网络编码技术，实质就是指应用于物理层的网络编码，主要工作原理是将2个相互混合的模拟数字化信号看作是一个经过了网络编码之后的独立信号，然后对信号进行处理和传输。相比于网络层网络编码技术，基于物理层的网络编码技术所需要进行的信号传输次数更少，仅仅只需要两次。所以说物理层网络编码技术更能提高网络系统的通信吞吐量，并有效解决信号冲突和干扰问题。
2、基于物理层网络编码技术下的通信信号分析
为了分析物理层网络编码的通信信号及其处理方式，本文现基于无线通信的传输特性，利用现有的无线频谱资源来建立相应的频率截获模型，将物理层网络编码中所遇到的混合信号盲恢复问题转变成单通道混合信号分离问题，并在此基础上提出三种试验算法，即变换域滤波法、多参数联合估计法以及符号序列和信道参数联合估计法。最后，文章结合现有的物理层网络编码信号盲恢复处理法及其通信系统自身的特点，利用混合星座图和译码算法来分析通信系统对通信信号的处理。
2.1 通信信号分析
分析研究物理层网络编码通信系统的通信机制，最终得出通信系统要实现信号的接收和交换只需要两个时隙。而作为第三方，充分获取已有的先验信息成为实现混合信号盲恢复的重要前提。实现信号盲恢复的关键是充分利用先验信息对混合信号进行分离。由物理层网络编码的基本原理可知，混合信号具有相同的载波频率、调制方式以及编码方式，因此映射信息可以作为混合信号盲恢复的先验信息。
2.2 信号恢复原理
基于上述分析，物理层网络编码中的通信信号截获问题就转化为单信道混合信号盲恢复的问题。如图1所示，首先通過对混合信号的功率比进行估计，获取标准的混合星座；接着，对混合信号进行预处理，得到每个最佳采样点包含的信息；然后，结合相应的译码算法对获取的比特信息进行分离；最终，得到通信双方的信息序列。
2.1 预处理过程
预处理的主要目的是将混合信号中每个星座点的比特信息组成，在预处理过程中分为两部分：第一部分将通过功率比估计获取混合信号的参考星座，第二部分将通过最小欧氏距离对得到的数据进行判决分析。
在合作通信时，中继节点处要求接收到的信号必须满足功率控制和同步的条件，因此在大多数情况下，非合作方接收的信号不满足这些条件，假定在非合作接收点R′处，接收到的信号不同步且功率不相等，该假设在实际中比较容易满足。对于不同步的混合信号，混合信号可以分为三部分：前一部分为S1信号的信息，功率为p1，中间部分为S1和S2的混合信息；后一部分为S2的信息，功率p2。通过未受污染的两端信号进行功率比估计，得到整个信号的功率比a，定义a= p1/ p2为两混合信号的功率比。其中，判断信号是否被污染属于能量检测的一部分，通过能量检测得到跳变点，然后分别对三段信号进行处理。
2.2 译码辅助恢复算法
在时刻t，S1发送的符号X1和S2发送的符号玖，其包含的信息分别为x1x2和y1y2，两个符号经过调制映射后形成星座点E1和E2，在非合作接收点收到混合信号的星座点应该是两个星座点加和的结果E2，这样该混合信号的采样点E2对应的比特组成为x1x2y1y2，因此，通过分析可以得知该星座点所包含的信息。
以第一路为例说明分离器设计的原理。由预处理过程可知，已经将信息分为两组，简单记为X序列和Y序列，由于信道和算法本身的影响，分组信息很不可靠，因此分离器是依据维特比译码原理而设计，将X序列进行正确译码，是获取最终信息的关键。
最后，基于编码辅助的物理层网络编码信号分析方法主要有以下几步：
第1步分析第二时隙的映射信号，获取该通信方案的先验信息，如信号调制方式、编码方式以及中继映射方案等，为分析第一时隙的混合信号打下基础。
第2步第一时隙中混合信号的功率比估计，获取通信双方在接收点的混合方式，为提取无干扰的标准星座图做准备。
第3步预处理过程，将接收到的星座点先预判为标准星座图中的星座点，然后将混合信息分为两组，形成各自的信息序列。
第4步将每组信息通过译码等方法进行后续处理，克服信道和预处理的干扰，成功恢复出通信双方的信息。
3、结束语
综上所述，基于物理层网络编码技术下的通信信号的处理难度相对比较复杂，尤其是信号的盲恢复处理技术。但从通信技术的发展层面来看，基于物理层的网络编码技术比网络层编码技术更能适应复杂多变的网络环境，并且能在运行中有效解决多业务模式下所面临的众多问题，达到提高通信吞吐量和信号传输质量的目的。
参考文献
[1] 彭耿，王丰华，黄知涛，姜文利. 单通道混合信号中周期信号的盲分离[J]. 湖南大学学报（自然科学版）. 2010（04）
[2] 欧阳玉花，贾向东，傅海阳. 网络编码双向机会协作系统无线传输方案频谱效率比较分析[J]. 信号处理. 2012（10）
[3] 谭国平，彭新华，倪新洋，李岳衡. 基于部分网络编码的移动自组网实时多播协议研究[J]. 微电子学与计算机. 2012（09）