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网络编码(Network Coding)是近年来被广泛研究的一种网络交换/路由技术。它允许通信网络中的中继节点在进行路由时对信息进行处理,以使网络的吞吐量、健壮性、可维护性和安全性等方面都得到提升。物理层网络编码(Physical-layer Network Coding,PNC)在网络编码发展的基础上允许信源节点同时发送信号。对于传统路由而言,节点间的干扰对通信起到负面作用,而在双向中继信道(Two-way Relay Channel,TWRC)中,PNC则利用了这种干扰,它利用了物理信号自然的叠加特性,对叠加后的信号进行重新编码或功率放大,然后广播至接收节点。在近几年的研究中,基于PNC技术的通信系统网络容量、系统误码率、系统中断概率等内容被广泛研究,多天线(Multi-Antenna)中继、中继节点功率分配策略、信号同步技术、信道状态估计、调制解调策略等应用技术是近期科研工作者关注的热点课题。本文针对物理层网络编码在多天线双向中继通信中的一些关键技术进行了研究。主要研究内容包括： ⑴波束成形矩阵设计方法。考察了多天线双向中继系统的容量性能和中断概率性能,并以优化最小端到端链路信噪比为目标对中继节点的波束成形矩阵进行最优化。证明了在以最小端到端链路信噪比最优化为目标时的最优波束成形矩阵结构,可通过信道状态矩阵和搜索一个2×2维度的不确定性矩阵而获得,且这个待搜索的矩阵维度与中继的天线数量无关。同时,文章还引入了几组次优的波束成形矩阵方案,并通过仿真对其性能进行了比较。 ⑵未知信道状态下的物理层网络编码通信方案。设计了一种在未知信道状态的条件下进行物理层网络编码的通信方案,中继节点利用接收到的混合信号,对波束成形矩阵进行盲估计。文章设计了两种盲估计的方法:1、使用信号的自相关矩阵作为波束成形矩阵的估计值,2、在自相关矩阵运算的基础上利用天线间接受信号的互相关值对波束成形矩阵进行估计。通过性能分析和仿真验证,证明了第二种方法可以获得很好的性能。文章还给出了接收端节点在未知信道状态条件下进行信号解调的方法。 ⑶部分信道状态信息已知的波束成形方案。设计了一种在多天线双向中继系统只能够获得信道状态分布信息条件下的中继节点波束成形方案。中继节点可获得信道的分布和相关矩阵,利用这部分信道信息,中继节点依据最小平均信噪比最大的准则计算出波束成形矩阵,中继节点无需再对每一个瞬时的波束成形矩阵进行估计,降低了中继节点的信号处理复杂度,适用于快变的信道环境。数值仿真表明,该方案与确知信道状态条件下在性能上有3dB左右的损失,性能损失属于可接受的范围。同时,讨论了利用部分信道信息获得的波束成形矩阵进行双向中继通信的系统功率分配方案,分析表明,信源节点的功率分配近似地与信道方差成反比。仿真结果验证了以上结论。