物理层网络编码无线通信系统数据链路层的设计与实现

　　物理层网络编码（Physical-layer Network Coding，PNC）应用于无线网络，允许多路通信同时进行，可以产生比传统网络编码更高的吞吐量。PNC己发展成一个广泛的网络编码子领域，并在诸多应用场景中得到关注和研究。软件定义无线电，是以数字信号处理理论为基础，在通用的硬件平台上，将尽可能多的功能以软件的形式来实现的一种无线电威廉希尔官方网站 ，己广泛应用于无线通信的研究，甚至在商用无线网络中也开始逐渐地部署。

　　目前，PNC的研究主要集中在物理层方面，对于数据链路层的研究相对较少。为了实现可靠的实时PNC（Real-time PNC，RPNC）应用，必须考虑数据链路层的设计。本文首先介绍了RPNC物理层关键威廉希尔官方网站 ，然后以双向中继网络为模型，重点关注RPNC无线通信系统数据链路层的设计与实现。具体地，针对RPNC系统中Beacon模式和Burst模式MAC协议开销大、系统吞吐量低的缺点，提出了一种低开销XOR模式MAC协议以调度节点的传输。XOR模式MAC协议用下行链路异或分组同步节点的传输。此外，在传统端到端TO-ARQ（Terminal-Only ARQ，TO-ARQ）的基础上，为RPNC设计了中继协作TR-ARQ（Terminal-Relay ARQ，TR-ARQ），以确保可靠的分组传送。TR-ARQ在中继解码XOR分组出错时，立即发送NACK请求端节点重传相应数据分组。相比于TO-ARQ，TR-ARQ通过中继节点的协作能尽快推进发送窗口的左边界。

　　本文使用USRP/GNU Radio软件定义无线电平台搭建了双向中继网络RPNC系统。RPNC系统以OFDM PNC为原型，数据链路层实施新的设计以支持真实TCP/IP应用。文中RPNC实现了两终端节点通过中继实时传输图片文件。本文通过实验对比分析了RPNC系统在XOR、Beacon以及Burst三种不同模式MAC协议下的吞吐量，结果验证了XOR模式MAC协议具有更高系统吞吐量，更能满足实时性的要求。同时，本文通过实验对比了TR-ARQ和TO-ARQ的RPNC系统吞吐量和时延性能，结果表明RPNC采用TR-ARQ具有较低的时延，并且能明显改善系统的吞吐量。