物理層網(wǎng)絡編碼（Physical-layer Network Coding，PNC）應用于無線網(wǎng)絡，允許多路通信同時進行，可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)網(wǎng)絡編碼更高的吞吐量。PNC己發(fā)展成一個廣泛的網(wǎng)絡編碼子領域，并在諸多應用場景中得到關注和研究。軟件定義無線電，是以數(shù)字信號處理理論為基礎，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現(xiàn)的一種無線電技術，己廣泛應用于無線通信的研究，甚至在商用無線網(wǎng)絡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。為了實現(xiàn)可靠的實時PNC（Real-time PNC，RPNC）應用，必須考慮數(shù)據(jù)鏈路層的設計。本文首先介紹了RPNC物理層關鍵技術，然后以雙向中繼網(wǎng)絡為模型，重點關注RPNC無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路層的設計與實現(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，提出了一種低開銷XOR模式MAC協(xié)議以調度節(jié)點的傳輸。XOR模式MAC協(xié)議用下行鏈路異或分組同步節(jié)點的傳輸。此外，在傳統(tǒng)端到端TO-ARQ（Terminal-Only ARQ，TO-ARQ）的基礎上，為RPNC設計了中繼協(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，立即發(fā)送NACK請求端節(jié)點重傳相應數(shù)據(jù)分組。相比于TO-ARQ，TR-ARQ通過中繼節(jié)點的協(xié)作能盡快推進發(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RPNC系統(tǒng)。RPNC系統(tǒng)以OFDM PNC為原型，數(shù)據(jù)鏈路層實施新的設計以支持真實TCP/IP應用。文中RPNC實現(xiàn)了兩終端節(jié)點通過中繼實時傳輸圖片文件。本文通過實驗對比分析了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，結果驗證了XOR模式MAC協(xié)議具有更高系統(tǒng)吞吐量，更能滿足實時性的要求。同時，本文通過實驗對比了TR-ARQ和TO-ARQ的RPNC系統(tǒng)吞吐量和時延性能，結果表明RPNC采用TR-ARQ具有較低的時延，并且能明顯改善系統(tǒng)的吞吐量。