[发明专利]一种双向中继信道物理层网络编码的时钟估计方法

说明书

技术领域

本发明属于数字通信领域，特别涉及双向中继信道物理层网络编码的时钟估计方法。

背景技术

2006年Shengli Zhang等人提出物理层网络编码(Physical-Layer Network，PNC)的概念。它不同于大多数的通信系统将非目标信源发出的信号视为干扰加以抑制，而是利用电磁波在传播空间内的自然叠加，中继端根据接收的叠加信号，按照一定规则在物理层编码，将编码信息发送，而终端根据解码规则来获得传输的信息，使得干扰变成网络编码中算法操作的一部分。它能极大地提高系统的吞吐量，例如，在双向中继信道中，相比传统路由方案和网络编码方案系统的吞吐量分别提升100％和50％。

目前关于PNC的研究结果，比如多输入多输出PNC(Multiple Input Multiple Output PNC,MIMO PNC)、多路PNC(Multi-Way PNC)，多假定端节点发出的信号能够同时到达中继节点。然而在实际情况中，端节点发出的信号经历不同的信道抵达中继节点，在到达中继节点的时间上难免或前或后，即两者存在相对时间偏移。因此PNC中的时钟估计是必不可少的。虽然可以通过单输入单输出(Single Input Single Output，SISO)的方法，即分别单独估计一个端节点到中继节点之间的延时，但是这样占用了大量通信资源，且同步时间长，不适用于对实时要求高的场合。

目前，已有文献提到PNC的时间同步问题，指出对于BPSK调制，因符号时间同步误差或载波相位误差而导致的误比特率性能损失在最坏情况下可达3dB，但并没有给出具体的同步方法。还有文献讨论了PNC在时钟异步情况下，利用置信传播(Belief Propagation，BP)算法，可降低误比特率性能损失，并且证明了若结合信道编码，存在符号时钟和载波相位异步时可减轻性能损失。但这是以提高系统复杂度和降低系统的信息传输效率为代价的。

在两个端节点到达中继节点的时刻不同，而且是未知的情况下，对于双向中继信道PNC，如何采用一种简单易行的时钟估计方法，是本发明研究的重点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提出一种全新的适用于双向中继信道PNC的时钟估计方法，针对第一节点(1)、第二节点(2)发出的信号在不同时刻抵达中继节点，中继节点通过估计第一节点(1)和第二节点(2)各自的绝对时间偏移从而实现它们之间相对时间偏移的估计。本发明的时钟估计算法可以在较小信噪比时，均方误差(Mean Square Error,MSE)性能接近MCRB(Modified Cramer-Rao Bound)，且计算复杂度小。

本发明提出的双向中继信道PNC的时钟估计采用了如下步骤：

步骤1：从第一节点(1)、第二节点(2)分别发送具有循环前缀和循环后缀的基于恒包络零自相关(Constant Amplitude Zero Autocorrelation Waveform，CAZAC)的训练序列在中继节点，接收信号为分别来自第一节点(1)、第二节点(2)的两个信号的叠加，它们具有相对时延Δ∈[-0.5,0.5],以Q倍符号率即Q/T的采样率对接收信号进行过采样，经过匹配滤波器后得到匹配滤波后的信号序列r(k)，Q为自然数，T为码元周期，k＝0,1…Q-1；

步骤2：利用本地对应的训练序列，计算得到分别对应于第一节点(1)的绝对时间偏移ε'₁和第二节点(2)的绝对时间偏移ε'₂的似然函数Λ_i(k)，ε'₁、ε'₂是接收信号的第一个采样点分别与c₁、c₂的下一个最近的最佳采样点之间的时间偏移，ε'₁,ε'₂∈[0,1)；

步骤3：根据步骤2中的Λ_i(k)，绝对时间偏移ε'_i的估计问题表述为公式(1)所示：

Λ_i(ε'_i)为Λ_i(k)对应的连续函数，为此，提出两种绝对时间偏移估计算法：优选采样点算法和基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transformation,DFT)的插值算法。然后根据优选采样点算法或者基于DFT的插值算法来估计ε'₁或ε'₂；