物理层网络编码的迭代信道失配校正与目标信号解码研究

基本信息
批准号:61701311
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:王滔滔
学科分类:
依托单位:深圳大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陈亮,钱彬,梁家军,李刚强,徐春友,罗康
关键词:
迭代算法物理层网络编码双向中继软件无线电信道失配估计与补偿
结项摘要

By transforming interferences into useful information at the wireless physical-layer, physical-layer network coding (PNC) can achieve the capacity of two-way relay channels. Currently, researches on PNC mainly focus on theoretical problems. It is usually assumed that the channels between the relay and the terminals are perfectly matched to simplify the analysis. However, our previous research results reveal that the channel mismatch (i.e., the channel gains are not perfectly known, the carrier phase shifts and carrier frequency offsets exist) cannot avoided in systems, and it has important impacts on PNC performances. In PNC systems, the parameters related to the channel mismatch are hard to estimate from the overlapping of signals; moreover, traditional separate channel mismatch calibration and signal decoding methods cannot remove the impact of these mismatch parameters. Therefore, this project proposes to use iterative expectation maximization (EM), belief propagation (BP) algorithms to solve the problems of channel mismatch calibration and target signal decoding jointly for PNC. Specifically, we employ factor graphs to represent the probabilistic model of signals; we propose signal processing algorithms for iteratively exchanging soft information of channel mismatch parameters and target signals; we use iterative algorithms to optimize the system overall performance; we extend the proposed iterative algorithms from single-carrier PNC to multi-carrier OFDM-PNC; we propose iterative algorithm with lower complexities; finally, we employ soft-ware defined radios to implement and validate our proposed iterative algorithms. The researches of this project can provide theoretical proofs and technique supports for the progress on the application of PNC in practice real systems.

物理层网络编码(PNC)在无线物理层将干扰转变为有用信息,可逼近双向中继信道容量。目前PNC研究主要集中在理论领域,通常假设终端和中继间信道理想匹配来简化分析。然而,申请人前期研究揭示,信道失配(即信道增益非完美已知,载波相位偏差和频率偏移存在)在实际系统中不可回避,且对PNC性能影响巨大。在PNC中,与信道失配相关的参数难以从相互叠加的信号中估计;并且传统分离式的失配校正和信号解码方法不能去除这些失配的影响。因此,本项目提出利用期望最大化、置信度传播等迭代算法来联合解决PNC的信道失配校正与目标信号解码问题。具体的,我们将利用因子图构建信号概率模型;提出迭代交换失配参数和目标信号软信息的处理算法;使用迭代算法优化系统总体性能;将所提迭代算法由单载波扩展到多载波PNC;提出低复杂度的迭代算法;最后,利用软件无线电来实现和验证所提迭代算法。本项目的研究将为PNC实用化提供理论依据和技术支撑。

项目摘要

近几年,网络信息技术得到了飞速的发展,在此基础上,网络通信技术水平也在逐渐提升.在网络通信技术中,网络编码技术的应用范围逐渐增大,尤其是物理层网络编码技术更是在网络通信系统中发挥了积极的作用.本项目就物理层网络编码的迭代信道失配校正与目标信号解码方面展开研究。首先,我们利用具有监督训练的深度神经网络(DNN)来解决联合多输入多输出检测和信道解码问题。结果表明,DNN可以训练给出比传统的多输入多输出接收机更好的解码性能。其次,我们建议在VLC系统中使用物理层网络编码(PNC),通过提高中继节点的数据传输来增加其吞吐量。我们设计了一个统一的PNC-VLC框架,包括物理层信号处理算法和媒体访问控制方法。我们还将环境识别问题视为一个多类分类问题,并采用深度卷积神经网络来处理它。估计的信道状态信息的过去观测值被用作训练离散余弦神经网络的输入特征。然后,将训练好的离散余弦神经网络部署在车辆上进行环境识别。数值实验结果表明,与其他同类机器学习方法相比,该方法能准确识别周围环境,取得最佳分类性能。最后,针对非相干差分超宽带脉冲无线电系统,提出了一种基于置信传播消息传递算法的联合多符号差分检测和信道解码方案。为了优化整体检测和解码性能,提出了一种新的非相干差分超宽带红外软进软出(SISO) MSDD方案。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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