专利名称：中继系统中网络与信道编码的联合译码方法
技术领域：
本发明涉及一种中继系统中网络与信道编码的联合译码方法，通过在接收端对直接由发 送端传送过来的数据以及中继节点传送过来的进行网络编码后的数据联合迭代译码，来获得 中继系统的分集增益以及各译码器之间软信息交换联合迭代译码所带来的译码数据可靠性的 提高，进而提高系统传输性能。本发明可以应用于多接入中继系统以及与其类似的存在中继 节点的通信系统等等。
背景技术：
近年来，网络编码技术逐渐成为通信领域的热点，主要是因为网络编码技术能够很好的 改善系统的吞吐量性能，并且将其应用于中继系统中还可以带来分集增益，与此同时并没有 增加系统的复杂度，相比于传统的中继方案在中继节点处通过一定的处理方法反而会降低处 理复杂度。在传统的无线信道传输中， 一定的信道编码方案是必须的，中继系统也不例外， 一般情况下信道编码与网络编码均独立进行操作，通过信道编码方案引入一定的冗余信息来 提高系统传输的可靠性，通过网络编码方案来提高系统的吞吐量或者引入一定的分集增益。 一些简单的联合解决方案也只是在中继节点处进行以降低中继节点的处理复杂度，并没有带 来太多的系统性能方面的提升，诸如误码率以及吞吐量性能等等。
发明内容
为了更好的利用网络编码所带来的有效性以及信道编码所带来的可靠性，本发明提出了 一种网络与信道编码联合迭代译码的方法。其基本原则是利用信道编码软输入软输出的译码 特性，结合网络编码所传递信息的特殊性，实现两者软信息相互交换的迭代译码过程。在中 继节点处对若干个(不妨设为N)输入源的数据进行网络编码处理，形成一路数据发送出去， 在接收端对直接传送的N路数据信息以及一路经过中继节点网络编码的数据信息一同处理。 在实现的过程中原始数据信息以及网络编码后的数据信息均经过信道编码后传送过来，并且 需要信道译码采用的是迭代的软输入软输出的译码方式，在接收端分别进行第一次的译码， 然后将译码输出的软信息输入到校验节点处进行一系列的计算，从而得出各自新的软信息， 与原始的外信息合并后送入到初始译码器中进行第二次的迭代译码。重复这一过程，直到达
到设定的迭代次数。本发明具体的实现步骤是
步骤l:在中继节点处，对N路输入数据进行信道译码、网络编码、信道编码处理，生 成一路组合后的数据发送出去。
步骤2:在接收端对直接传送的N路数据以及一路经过中继节点网络编码后的数据信息 分别进行一次信道译码操作，即一次处理N+1路数据。将各个译码器第一次译码后得到的软 信息数值送入到校验节点处进行一系列的运算，即利用其中的任意N路软信息生成一路新的 与原始信息相独立的软信息，从而得到N+1路新的软信息数值。
步骤3:将N+1路新的软信息与自身译码器第一次译码得到的外信息相加合并，再送入
到译码器输入端作为第二次译码的先验信息。
步骤4:重复步骤2、步骤3，直到达到预先设定的迭代次数为止。
步骤5:达到特定的迭代次数后，停止迭代，对N路直接传送数据译码器输出的软信息
进行硬判决，从而得到原始传送的数据信息。
结合以下附图以及具体实例对发明所做的详细描述将便于理解发明的原理、步骤、特点，
附图中
图1是表示本发明在N路接入中继系统示例中的传输模型；
图2是表示本发明中中继节点的数据处理过程示意图，以产生N路数据网络编码后相组 合的数据结构，进而由中继节点发送出去；
图3是表示本发明在接收端的处理情况示意图，N+l路数据同时进行处理，包含了迭代译码以及校验节点之间软信息的交换过程。
图4是表示经过本发明中网络与信道编码的联合译码过程处理的其中一路数据误比特率、 误帧率性能示意图，以及经过网络与信道编码分离处理的中继系统所得到的数据误比特率、 误帧率示意图，从中可以看出二者的性能对比关系，其中横坐标表示的是接收端的信噪比。
具体实施例方式
无线通信中存在中继节点的传送模型范围比较广泛，为了便于理解，在此使用一种有代 表性的例子来阐述本发明中网络与信道编码的联合迭代译码方法，即两路接入中继系统下采 用Turbo信道编码和异或网络编码技术的无线传输模型。本发明对于所有具有这个示例特征 的传输系统普遍适用，即同样适用于多路接入、多路网络编码以及采用其他迭代译码的信道 编码方式的中继传输系统。
在此设定两路发送数据分别为A路和B路，经过中继节点网络编码后的数据为C路，在 发送时，A和B路数据分别进行调制、Turbo编码后直接发送给接收端，同时也发送到中继 节点处。在中继节点处对A、 B两路数据分别解调、Turbo解码，再进行异或操作，最后再进 行调制、Turbo编码操作从而得到C路数据，然后发送给接收端。也就是说C路数据是A、 B 两路数据进行异或网络编码操作后得到的信息，从而在接收端得到三路Turbo信道编码之后 的数据信息。
在接^端首先对A、 B、 C三路数据分别进行解调以及一次迭代的Turbo译码操作，即一 次译码后第二个成员译码器得到的外信息并不马上传回到第一个成员译码器的输入端，而是 将三路译码器得到的后验概率对数似然比信息(LLR)传递到一个校验节点处。在此设定各 路的后验概率对数似然比信息分别为LLRa、 LLRb、 LLRc,每一路数据中的相对应比特取1 的概率分别为Pa、 Pb、 Pc，则取0的概率就分别为1-Pa、 1-Pb、 1-Pe。其中LLR与P的关系如 下
ln~5_ = U《. (1) 1-g
在校验节点处，可以根据上面的式子将各路译码器输出的LLR值先转换成概率值。接下来由 于C路数据是A、 B两路数据信息比特的异或，也就是说三者的信息比特满足
A+B+C=0，此处涉及到的是比特级的模2加运算 (3) 结合此式可以利用任意两路信息的概率值来求得第三路信息比特取1的概率值。设定通过计 算得到各路信息新的概率值分别为Pa—new、 Pb—new、 Pc—new。可以得到
Pa—new=* + *(l-2g)(l-2尸c) (4) Pb一new4 +会(l-2。(l-2g) (5)
Pc一new二丄+丄(1 —2尸")(l-2g) (6)
则可以结合(2)、 (4)、 (5)、 (6)式根据输入校验节点的LLR值计算出新的各路信息比特取
l的概率值。再根据(1)式将概率值转化为新的LLR值——LLRi—new，其中z'e(a，i^)。进
而将新得到的各路LLR值输送回各个译码器中，并与自身第二个成员译码器所产生的外信息 相加送入到第一个成员译码器中作为下一轮迭代译码的先验信息。
在第二轮迭代译码过程中重复上述过程，直到达到预先设定的迭代次数为止。最后一轮迭代 后将两路直接传送数据译码器输出的LLR值进行硬判决，从而得到原始传送的数据信息。综合以上可以看出，本发明所提出的针对中继系统中网络与信道编码的联合译码方法具有如 下特点
1. 通过网络与信道编译码的结合可以改变传统的网络编码单纯的用来提高系统有效性以及 为中继系统带来一定分集增益的局限性，可以利用网络编码所传递信息的特殊性为信道 编码提供更多的译码可靠性，进而提高系统传输性能。
2. 在联合译码的过程中通过校验节点的计算，实现各个译码器之间软信息的相互传递，进
而达到迭代译码的效果。
3. 在校验节点处，通过一定的计算可以得到与自身译码器完全不相关的软信息，将此新得 到的软信息与自身译码器产生的外信息合并后一起作为先验信息进行下一次的迭代译 码，以此获得更充分的分集增益。
4. 对具体的实现方式不敏感，对于存在中继节点以及传输过程中采用网络编码与软输入软 输出迭代信道编译码的系统即可采用此方法。
总之，本发明是一种灵活有效的网络与信道编码的联合译码方案，其目的是以简单的结 构和易实现的方法提高中继系统中数据传输的可靠性。
权利要求
1. 一种用于移动通信中继系统中的网络与信道编码的联合译码方法。为了更好的利用中继节点的网络编码处理所带来的有效性以及信道编码所带来的可靠性，在接收端利用信道编码软输入软输出的译码特性，结合网络编码所传递信息的特殊性，同时处理若干个(用N代表)发送端直接传送的数据以及一路由中继节点转发过来的网络编码后的数据，在接收端分别进行第一次的译码，然后将译码输出的软信息输入到校验节点处进行一系列的计算，从而得出各自新的软信息，再与原始的外信息合并后送入到初始译码器中作为先验信息进行第二次的迭代译码，达到一定的迭代次数后对译码器输出的软信息进行硬判决，从而得到原始的发送数据。该方法的具体实现步骤为步骤1在中继节点处，对N路输入数据进行信道译码、网络编码、信道编码处理，生成一路组合后的数据发送出去。步骤2在接收端对直接传送的N路数据以及一路经过中继节点网络编码后的数据信息分别进行一次信道译码操作，即一次处理N+1路数据。将各个译码器第一次译码后得到的软信息数值送入到校验节点处进行一系列的运算，即利用其中的任意N路软信息生成一路新的与原始信息相独立的软信息，从而得到N+1路新的软信息数值。步骤3将N+1路新的软信息与自身译码器第一次译码得到的外信息相加合并，再送入到译码器输入端作为第二次译码的先验信息。步骤4重复步骤2、步骤3，直到达到预先设定的迭代次数为止。步骤5达到特定的迭代次数后，停止迭代，对N路直接传送数据译码器输出的软信息进行硬判决，从而得到原始传送的数据信息。
2. 如权利要求l中所述的用于中继系统中的网络与信道编码的联合译码方法，其特征在于在中继节点处，同时对若干路数据进行网络编码操作，进而生成一路网络编码后的数据发送 给接收端。
3. 如权利要求1中所述的用于中继系统中的网络与信道编码的联合译码方法，其中在接收 端对N+1路信道编码后的数据信息进行联合处理，其中包括N路直接传送数据信息以及一路经过网络编码操作后的数据信息。
4. 如权利要求1中所述的用于中继系统中的网络与信道编码的联合译码方法，其中在接收 端对N+1路数据先进行第一次的信道译码，将输出的软信息输入到校验节点中进行运算，其 中的运算方式是利用任意N路数据信息计算出一路新的与原始信息相独立的软信息。
5. 如权利要求1中所述的用于中继系统中的网络与信道编码的联合译码方法，对于校验节 点运算之后的软信息分别与译码器第一次译码产生的外信息相加合并，再送回到译码器的输 入端，作为先验信息来进行第二次的译码。
6. 如权利要求1中所述的用于中继系统中的网络与信道编码的联合译码方法，重复权利要 求4和权利要求5中所述的步骤，实现N+ 1路译码器软信息相互交换后的迭代译码方式。
7. 如权利要求1中所述的用于中继系统中的网络与信道编码的联合译码方法，达到一定的 迭代次数后，停止迭代，对N个直接传送数据译码器的输出软信息直接进行硬判决，从而得 到原始的数据信息。
8. 如权利要求1中所述的用于中继系统中的网络与信道编码的联合译码方法，其特征在于 其基本实现步骤为步骤I:在中继节点处，对N路输入数据进行信道译码、网络编码、信道编码处理，生 成一路组合后的数据发送出去。步骤2:在接收端对直接传送的N路数据以及一路经过中继节点网络编码后的数据信息 分别进行一次信道译码操作，即一次处理N+1路数据。将各个译码器第一次译码后得到的软 信息数值送入到校验节点处进行一系列的运算，即利用其中的任意N路软信息生成一路新的 与原始信息相独立的软信息，从而得到N+1路新的软信息数值。步骤3:将N+1路新的软信息与自身译码器第一次译码得到的外信息相加合并，再送入 到译码器输入端作为第二次译码的先验信息。步骤4:重复步骤2、步骤3，直到达到预先设定的迭代次数为止。步骤5:达到特定的迭代次数后，停止迭代，对N路直接传送数据译码器输出的软信息进行硬判决，从而得到原始传送的数据信息。
全文摘要
本发明提供的技术用于移动通信中继系统中，在接收端处对两路直接到达信号以及通过中继节点传送过来经过网络编码之后的信号进行联合迭代译码，在这一过程中可以充分获得中继系统所带来的分集增益，并且还能通过译码过程中软信息的交换使得网络编码也可以辅助信道编码来提高译码可靠性。本发明将中继传输系统中的网络与信道编码的译码过程联合起来进行，通过引入校验节点实现其中软信息的交换，进而提高中继系统的译码可靠性，提高系统传输性能。
文档编号H04L1/00GK101420291SQ20081023898
公开日2009年4月29日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者欣 张, 杨大成, 秦晓芳, 东 隋 申请人:北京邮电大学