物理層網(wǎng)絡(luò)編碼（Physical-layer Network Coding，PNC）應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)，允許多路通信同時(shí)進(jìn)行，可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼更高的吞吐量。PNC己發(fā)展成一個(gè)廣泛的網(wǎng)絡(luò)編碼子領(lǐng)域，并在諸多應(yīng)用場景中得到關(guān)注和研究。軟件定義無線電，是以數(shù)字信號處理理論為基礎(chǔ)，在通用的硬件平臺上，將盡可能多的功能以軟件的形式來實(shí)現(xiàn)的一種無線電技術(shù)，己廣泛應(yīng)用于無線通信的研究，甚至在商用無線網(wǎng)絡(luò)中也開始逐漸地部署。

　　目前，PNC的研究主要集中在物理層方面，對于數(shù)據(jù)鏈路層的研究相對較少。為了實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時(shí)PNC（Real-time PNC，RPNC）應(yīng)用，必須考慮數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計(jì)。本文首先介紹了RPNC物理層關(guān)鍵技術(shù)，然后以雙向中繼網(wǎng)絡(luò)為模型，重點(diǎn)關(guān)注RPNC無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。具體地，針對RPNC系統(tǒng)中Beacon模式和Burst模式MAC協(xié)議開銷大、系統(tǒng)吞吐量低的缺點(diǎn)，提出了一種低開銷XOR模式MAC協(xié)議以調(diào)度節(jié)點(diǎn)的傳輸。XOR模式MAC協(xié)議用下行鏈路異或分組同步節(jié)點(diǎn)的傳輸。此外，在傳統(tǒng)端到端TO-ARQ（Terminal-Only ARQ，TO-ARQ）的基礎(chǔ)上，為RPNC設(shè)計(jì)了中繼協(xié)作TR-ARQ（Terminal-Relay ARQ，TR-ARQ），以確保可靠的分組傳送。TR-ARQ在中繼解碼XOR分組出錯時(shí)，立即發(fā)送NACK請求端節(jié)點(diǎn)重傳相應(yīng)數(shù)據(jù)分組。相比于TO-ARQ，TR-ARQ通過中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作能盡快推進(jìn)發(fā)送窗口的左邊界。

　　本文使用USRP/GNU Radio軟件定義無線電平臺搭建了雙向中繼網(wǎng)絡(luò)RPNC系統(tǒng)。RPNC系統(tǒng)以O(shè)FDM PNC為原型，數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)施新的設(shè)計(jì)以支持真實(shí)TCP/IP應(yīng)用。文中RPNC實(shí)現(xiàn)了兩終端節(jié)點(diǎn)通過中繼實(shí)時(shí)傳輸圖片文件。本文通過實(shí)驗(yàn)對比分析了RPNC系統(tǒng)在XOR、Beacon以及Burst三種不同模式MAC協(xié)議下的吞吐量，結(jié)果驗(yàn)證了XOR模式MAC協(xié)議具有更高系統(tǒng)吞吐量，更能滿足實(shí)時(shí)性的要求。同時(shí)，本文通過實(shí)驗(yàn)對比了TR-ARQ和TO-ARQ的RPNC系統(tǒng)吞吐量和時(shí)延性能，結(jié)果表明RPNC采用TR-ARQ具有較低的時(shí)延，并且能明顯改善系統(tǒng)的吞吐量。