[发明专利]基于物理层网络编码的速率功率自适应方法

摘要

本发明一种基于物理层网络编码的速率功率自适应方法，属于通信网络技术领域；该方法首先设定网络传输条件并发送信号，然后根据接收端接收到的信号构建解码后误比特率、发射功率和传输速率之间的关系，根据上述三者的关系，构建在信号传输第一时隙，当信号传输速率固定时，最优传输功率的约束条件，最后获得信号传输第一时隙，最优信号传输速率及发射端最优发射功率组和信号传输第二时隙的最优传输速率，设定为网络数据传输的固定值，本发明在合理时延的情况下，提高了网络吞吐量，降低了传输时延，节省了信号传输时间，保证了网络的有效性，适用于多种可以采用PNC的网络环境，在实际网络传输中具有较大应用价值。

主权项

一种基于物理层网络编码的速率功率自适应方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、设置网络中信号在加性高斯白噪声信道上传输，发射端1、发射端2和中继路由器发射的信号均采用M‑QAM调制方式，接收端1和接收端2解码信号均基于最小距离准则，基带信号设定为滚降系数为1的升余弦脉冲信号；步骤2、信号传输第一时隙，发射端1将信号发送到中继路由器，发射端2将信号发送到中继路由器，同时接收端1监听发射端2发射的信号，接收端2监听发射端1发射的信号；步骤3、根据发射端1到中继路由器的信道系数、发射端1发送的信号、发射端2到中继路由器的信道系数、发射端2发送的信号和无线网络中的噪声，获取中继路由器接收到的中继叠加信号；根据发射端1到接收端1的信道系数、发射端1发送的信号、发射端2到接收端1的信道噪声、发射端2到接收端1的信道系数和发射端2发送的信号，获得接收端1监听到的信号；根据发射端2到接收端2的信道系数、发射端2发送的信号、发射端1到接收端2的信道噪声、发射端1到接收端2的信道系数和发射端1发送的信号，获得接收端2监听到的信号；步骤4、构建解码后误比特率、发射功率和传输速率之间的关系，具体步骤如下：步骤4.1、设定误符号率等于解码后误比特率，根据调制阶数、发射端1到中继路由器的信道系数、发射端2到中继路由器的信道系数、发射端1的发射功率、发射端2的发射功率、噪声功率和中继路由器的外界有害干扰功率，获得中继路由器接收到中继叠加信号的解码后的误符号率，即中继路由器接收到中继叠加信号的解码后误比特率，构建中继叠加信号的解码后误比特率、发射端1的发射功率、发射端2的发射功率和信号传输速率之间的关系；步骤4.2、根据调制阶数、发射端2到接收端1的信道系数、发射端1到接收端1的信道系数、发射端1的发射功率、发射端2的发射功率、噪声功率和接收端1的外界有害干扰功率，获得接收端1监听到信号的解码后误比特率，构建接收端1监听到信号的解码后误比特率、发射端1的发射功率、发射端2的发射功率和信号传输速率之间的关系；步骤4.3、根据调制阶数、发射端1到接收端2的信道系数、发射端2到接收端2的信道系数、发射端1的发射功率、发射端2的发射功率、噪声功率和接收端2的外界有害干扰功率，获得接收端2监听到信号的解码后误比特率，构建接收端2监听到信号的解码后误比特率、发射端1的发射功率、发射端2的发射功率和信号传输速率之间的关系；步骤5、设定在信号传输第一时隙，当信号传输速率固定时，最优传输功率的约束条件，具体如下：约束条件1：在发射端1的最优功率与发射端2的最优功率中，至少有一个等于额定最大发射功率；约束条件2：得到的最优发射功率至少满足下列其中一个约束公式：约束公式(1)如下：a1PT,s2*-b1PT,s1*=a2PT,s1*-b2PT,s2*---(1)]]>其中，表示发射端2的最优发射功率，表示发射端1的最优发射功率，T表示发射的英文缩写，s1表示发射端1，s2表示发射端2；为发射端2到接收端1的信道系数，表示信道情况，M表示调制阶数，σn表示噪声功率，表示接收端1外界有害干扰功率总和，d1表示接收端1，n表示噪声的英文缩写；b1=3|hs1,d1|2(L-1)2(M-1)(σn2+Id1),]]>表示发射端1到接收端1的信道系数，L=M;]]>表示发射端1到接收端2的信道系数，表示接收端2外界有害干扰功率总和；表示发射端2到接收端2的信道系数，d2表示接收端2；约束公式(2)如下：a1PT,s2*-b1PT,s1*=fM(c1PT,s1*)---(2)]]>其中，表示发射端1到中继路由器的信道系数，Ir表示中继路由器外界有害干扰功率总和，r表示中继路由器，fM(·)表示发射端1的发射功率与发射端2的发射功率之间最小值的单调递增函数；约束公式(3)如下：a2PT,s1*-b2PT,s2*=fM(c2PT,s2*)---(3)]]>其中，表示发射端2到中继路由器的信道系数；约束公式(4)如下：fM(c1PT,s1*)=fM(c2PT,s2*)---(4);]]>步骤6、获得信号传输第一时隙，最优信号传输速率及发射端最优发射功率组，具体步骤如下：步骤6.1、设定解码后误比特率阈值，设定调制阶数初始值为2；步骤6.2、设定发射端1的发射功率为额定最大发射功率，将发射端1的最大发射功率分别带入网络约束条件4个约束公式中，得到发射端2的4个最优发射功率；步骤6.3、设定发射端2的发射功率为额定最大发射功率，将发射端2的最大发射功率分别带入网络约束条件4个约束公式中，得到发射端1的4个最优发射功率；步骤6.4、根据得到的8个最优发射功率获得8个解码后误比特率，并将8个解码后误比特率进行比较，选择误比特率最小值所对应的发射端1和发射端2的发射功率，作为当前调制阶数的最优发射功率组；步骤6.5、判断最优发射功率组对应的解码后误比特率是否小于设定的解码后误比特率阈值，若是，将调制阶数乘以2，并返回执行步骤6.2，否则，执行步骤6.6；步骤6.6、调制阶数停止更新，根据当前调制阶数，获得信号传输第一时隙的最优传输速率，并且将当前调制阶数对应的最优发射功率组作为信号传输第一时隙最优发射功率组；步骤7、信号传输第二时隙，中继路由器将中继叠加信号进行去噪编码，并发送到接收端1和接收端2中，根据中继路由器到接收端1的信道系数、去噪编码后的中继叠加信号和无线网络中的噪声，获得接收端1接收到的信号，根据中继路由器到接收端2的信道系数、去噪编码后的中继叠加信号和无线网络中的噪声，获得接收端2接收到的信号；步骤8、获得信号传输第二时隙，最优传输速率，具体步骤如下：步骤8.1、设定发射端1和发射端2的发射功率均为额定最大发射功率，设定接收端解码后误比特率阈值，并设置调制阶数初始值为2；步骤8.2、获得接收端1接收到信号解码后误比特率和接收端2接收到信号解码后误比特率，并判断所有获得的解码后误比特率是否均小于设定解码后误比特率阈值，若是，将调制阶数乘以2，并重复执行步骤8.2，否则，执行步骤8.3；步骤8.3、调制阶数停止更新，根据当前调制阶数，获得信号传输第二时隙的最优传输速率；步骤9、将获得的信号传输第一时隙最优信号传输速率和最优发射功率组设定为信号传输第一时隙网络数据传输的固定值，将获得的信号传输第二时隙最优信号传输速率设定为信号传输第二时隙网络数据传输的固定值。