专利名称：用于具有半双工中继的多接入中继信道系统的用于传送数字信号的方法、以及对应的程 ...的制作方法
技术领域：
本发明的领域是在多接入中继信道(MARC)网络中传送已编码的数据的领域。 MARC网络是具有至少四个节点的电信系统，所述至少四个节点包括至少两个发射机、中继 (relay)、和接收机。更确切地，本发明涉及网络编码，并且包含改善数据传送的质量，且具体地，改善接收机中的纠错解码的性能。本发明具体地、但是非排它性地应用于例如在实时的应用中经由移动网络来传送数据。
背景技术：
网络(尤其是移动网络)正在寻求容量、可靠性、能耗等方面上的显著增长。移动网络的传送信道以困难而闻名，并且导致相对低劣的传送可靠性。近年来，已经在编码和调制 (尤其是出于能耗考虑和容量考虑)方面实现了显著进歩。在其中多个收发机共享相同资源 (时间、频率、和空间)的移动网络中，必须尽可能低地保持传送功率。这种低功率不利于覆盖，并因而不利于系统的容量，且更一般地不利于其性能。为了增加覆盖，以使得通信更加可靠，且更一般地以改善性能，ー种方式在于依赖于中继，以用于增加频谱效率，并因而用于改善系统的传送效率和可靠性。如图I所示的 MARC系统的拓扑使得源(节点S1和S2)广播它们的已编码信息序列，以引起中继R和目的地 D的注意。中继对它从节点S1和S2接收的信号进行解码，并且它在添加它自身的冗余的同时对它们联合地重新编码，从而创建空间分布式网络代码。在目的地D处，包括从源SI和 S2直接接收的两个已编码序列、以及来自中继的已编码序列的三个空间分布式已编码序列的解码依赖于联合信道/网络解码算法。网络编码是协作的形式，其中网络的节点不但共享它们自身的资源(功率、频带等)，而且共享它们的计算能力，从而创建随着信息通过节点的连续传播而增加的功率的分布式编码。它提供分集和编码方面的实质改善，并因而提供传送可靠性方面的实质改善。对于中继，已知两种类型的操作半双エ模式和全双エ模式。在半双エ模式中，存在对应于不同时隙的两个传送阶段，这是由于中继不能够同时进行接收和传送。在包括第一时隙(也称作传送间隔)的第一阶段期间，全部两个源都进行传送，但是中继不进行传送。中继进行解码，并联合地重新编码，以便推导出它要在接下来的时隙期间传送的信号。在包括第二时隙的第二阶段期间，中继传送它在第一时隙期间确定的信号，并且源传送关干与在第一时隙期间传送的信息相同的信息的奇偶第二序列。 半双エ类型的中继引人注目，这是因为简单的通信方案，并因为可以实现它们的容易性和由其衍生的低成本。在全双エ模式中，中继从两个源接收新的信息块，并它同时地基于它事先已经接收到的块来向目的地传送它自身的码字。与半双ェ中继相比，全双ェ中继使得可能实现更大的容量。
文章[I]和[2]描述了用于MARC系统的联合信道/网络编码，如图2所示。正在考虑的MARC系统使得链路CH14、CH24、CHl3, CH43、和CH23正交，并另外，将两个源与中继之间的链路假设为是完全可靠的。在这个应用中，链路是两个或更多节点之间的通信信道， 并且它可以是物理的或逻辑的。当链路是物理的吋，则将它一般地称作“信道”。在第一传送阶段期间，两个源SI和S2向中继R并且向目的地D广播已编码的信息。中继R选取来自两个用户的、它假设为已经完美解码的流，并且它通过使用线性网络编码方案来按照线性方式对它们进行组合。在第二阶段期间，中继向目的地D传送附加的奇偶序列。一旦目的地已经接收、存储并且重新组织了所有的流，则将此联合信道/网络代码认为是可以迭代解码的空间分布式联合信道/网络代码。此联合代码导致分集和编码方面上的实质增长。S. Yang和R. Koetter [3]已经评估了用于MARC系统的网络编码的性能，如图3所示，该MARC系统具有正交的链路，但是存在有噪的源-中继链路。作者提出了软解码和转发技术，该软解码和转发技术依赖于生成如通过计算用于已编码比特/码元的后验概率 (APP)的算法所获得的、用于要传送的比特的离散概率分布。每个源SI、S2生成要传送到中继R的码字。中继R使用以其作者L. Bahl, J. Cocke、F. JelinekJP J. Raviv[4]所命名的BCJR解码算法来以对数似然比(LLR)的形式对它们进行解码，并然后执行与两个已接收码字的按位模ニ和(X0R运算)对应的非记忆加权网络编码，该加权编码在于使用两个源的LLR LpL2来生成与XOR运算对应的第三LLR LK。最后，按照模拟的形式来向目的地D传送此第三LLR。因而，目的地具有三个观测(observation):来自两个源的观测和来自LLR 的观测。目的地在利用中继所提供的附加信息的同时，执行来自源S1和S2的流的联合的和迭代的解码。该文章陈述了，即使在严重有噪的S1 — R和S2 — R链路的情况下，与没有协作(并因而，没有中继)的方案相比，网络编码也提供了编码改善。在使用ニ进制相移键控 (BPSK)时描述了该方法，但是不能将该方法转用到比四更大阶的调制，这是由于在第三步骤期间计算的表达式仅仅可应用于ニ阶或四阶(例如，正交相移键控(QPSK))的调制。在这些各种的已知系统中，解码误差只有在不存在干扰的情况下才減少，这是由于作为正交链路的结果而将正在考虑的MARC系统假设为是没有干扰的。此外，在于施加正交链路的约束导致了频谱资源的非最优利用(utilization)，并因而导致了网络容量上的限制。
发明内容
本发明提供了ー种用于网络的传送数字信号的方法，该网络具有至少四个节点， 所述至少四个节点包括用于实现空间分布式网络代码的、通过非正交链路而链接到一起的两个发射机、中继、和接收机，该方法包括 每个发射机中的编码步骤，用于每块K个信息比特地来传递码字，该码字包括第一部分和冗余第二部分，能够与该冗余第二部分独立地对该第一部分进行解码； 所述发射机的传送步骤，在aN，a E
个时隙期间传送该码字的第一部分； 该中继中的迭代联合检测/解码步骤，用于分离来自所述发射机的流，并且用于按照流来确定表现了与该码字相关联的K个信息比特的向量； 该中继中的联合编码步骤，用于对两个向量进行编码，以便确定冗余信息；
该中继的传送步骤，用于传送该冗余信息； 对所述发射机进行定序(sequencing),以在(I-a )N，a G
个接下来的时隙期间传送该冗余第二部分；以及 在传送步骤中对该中继进行定序，以在(1-a )N，a G
个接下来的时隙期间传送该冗余信息。本发明还提供了一种用于MARC系统的中继。因而，用于实现本发明的传送方法的本发明的中继包括 迭代联合检测/解码部件，用于分离来自该MARC系统的两个发射机的流，并且用于按照流来确定表现了与码字相关联的K个信息比特的向量，该码字包括发射机在 aN, a G
个时隙期间接连发射的两个部分，其中第一部分能够独自地进行解码，并且是由该中继进行解码以便确定该向量的部分； 联合编码部件，用于对所述两个流的向量进行编码，以便确定冗余信息；以及 用于在(l-a)N，a G
个时隙期间传送该冗余信息的部件，该(l_a) N，a G
个时隙在a N，a G
个时隙以后，在该a N，a G
个时隙期间，所述两个发射机传送所述码字的前两个部分。由所述发射机进行的传送的步骤同时地发生，由此使得可能最大化公共频谱资源。因此，干扰存在于由中继接收到的信号和由目的地接收到的信号之间，这是因为当首先在所述发射机与中继之间的它们的传送期间以及其次在所述发射机与目的地(接收机)之间的它们的传送期间源信号的叠加。因而，本发明具体地依赖于，将联合检测/解码步骤和联合编码步骤引入到中继中，因而使得能够分离由两个源同时传送的流，并且使得所有的分散的发射机能够受益于空间分布式网络代码上的编码改善，而无需降低频谱效率。本发明的方式使得可能在接收机中实现迭代解码(该迭代解码依赖于在中继中生成的冗余)，而无需发射机功率上的任何増加，以便实现系统的覆盖上的和频谱效率上的増加。在具体实现中，发射机方法使得该迭代联合检测/解码步骤实现硬解码。具体地，将具有与在中继中接收到的每个比特的值有关的硬判决做出的这种解码模式适于其中链路是完美可靠的MARC系统。在此上下文中，该中继可以在没有误差的情况下解码来自源的信息。因而，硬解码具体地适用于这种MARC系统，这是由于它没有软解码复杂，并且由于它实现起来很快。在具体实现中，传送方法使得该迭代联合检測/解码步骤实现软解码，并且该联合编码步骤实现软编码和在比特级别处执行的边缘化。具体地，将这种解码模式适于MARC系统，该MARC系统具有含有瑞利衰落的信道， 并且没有源/中继信道的源处的知识。在此上下文中，存在中继不完美地解码来自源的信息的非零概率。选择软解码使得可能限制中继传播误差。在具体实现中，传送方法使得该迭代联合检測/解码步骤实现软解码，并且该联合编码步骤实现软编码和压缩。具体地，将这种解码模式适于MARC系统，该MARC系统具有含有瑞利衰落的信道， 并且没有源/中继信道的源处的知识。在此上下文中，存在中继不完美地解码来自源的信息的非零概率。选择软解码使得可能限制中继传播误差。另外，与使用软编码和边缘化的模式不同，跟随有压缩的软编码使得可能在中继中使用任何类型的调制，这是由于使用软编码和边缘化的模式使得必须在中继处使用BPSK (或QPSK)调制。在具体实现中，传送方法使得使用最小均方不相关误差(MMSUE)准则来执行该压縮。使用MMSUE准则使得可能基于后验概率来在中继处执行最优估计，并因而，使得可能通过减少中继中误差的数目来最大化目的地处的信噪比(SNR)。在具体实现中，传送方法在所述发射机与该中继之间实现分布式特波(turbo)编码。另外，所述发射机中的编码的步骤实现具有两个卷积编码器的并行级联的特波码。例如，按照发射机来构成码率1/3的特波码的分布式特波码(两个递归系统卷积码(RSCC)的并行级联，其每ー个经由伪随机交织器而具有1/2的码率)，并且在中继处，构成具有2/3的码率的RSCC的分布式特波码，在其以前领先有用于来自解码器的每个流的交织器。在发射机处选择具有并行级联的分布式特波码使得空间分布式网络编码非常易于实现以用于具有半双エ中继的MARC系统，通过构造，该半双エ中继具有由系统部分和三个冗余部分的级联组成的代码。此级联使得可能在第一时隙期间传送系统部分和第一冗余部分，并且在第二时隙期间传送第二冗余部分。因而，此级联使得易于确保中继向与系统部分对应的信息比特提供新的冗余信息，而与在第二时隙期间从发射机向目的地直接传送的第 ニ冗余部分无关。因而，该目的地具有几个冗余，由此使得非常強大的解码成为可能，并因而改善了可靠性。本发明还提供了一种用于在MARC系统的接收机中使用的接收的接收方法，该 MARC系统要实现本发明的传送方法。该接收方法包括 在两个块中存储分别在a N个和(l-a)N, a G
个接连时隙期间接收到的数据的步骤，该数据对应于以两部分码字的形式而按照发射机所编码的K个信息比特，所述部分在a N个和(l-a)N, a G
个时隙期间接连地传送；以及 按照块的检测步骤，在该检测步骤以后跟随有联合解码步骤，用于迭代地动作以分离来自所述发射机和来自中继的流，并且用于使用如针对每个发射机所分离的流，以便确定用于所述K个信息比特的已解码值。本发明还提供了一种用于MARC系统的接收机，该MARC系统用于实现本发明的传送方法。该接收机包括 用于在两个块中存储分别在a N个和(l-a)N, a G
个接连时隙期间接收到的数据的部件，该数据对应于以两部分码字的形式而按照发射机所编码的K个信息比特，所述部分在a N个和(l-a)N, a G
个时隙期间接连地传送；以及 两个块检测器部件，在该两个块检测器部件以后跟随有联合解码器，用于迭代地动作以分离在a N个时隙期间来自所述发射机的两个流、并且分离在(l-a)N，a G
个时隙期间来自所述发射机和来自中继的三个流，以便按照发射机来确定用于来自已分离的流的K个信息比特的已解码值。此接收方法和此接收机具有适于用于实现本发明的传送方法的MARC系统的优点。以上各种实现可以可选地与这些实现中的ー个或多个进行组合，以便定义其他实现。
本发明还提供了ー种MARC系统(可能地为多入多出(MMO)系统)，该MARC系统适于实现本发明的方法。因而，本发明的MARC系统包括本发明的中继。在优选实现中，通过合并在ー个或多个电子电路(诸如，芯片)中的传送或接收程序的指令来确定该传送方法和该接收方法的步骤，可以将所述ー个或多个电子电路自身安排在该MARC系统的电子装置中。当将该程序加载到诸如处理器或等效物(然后通过运行该程序来控制其操作)之类的计算机元件中时，可以同样良好地实现本发明的传送或接收方法。结果，本发明还提供了一种计算机程序，具体地，一种数据介质上或中的、并且适合于实现本发明的计算机程序。该程序可以利用任何编程语言，并它可以处于源代码、目标代码或介于源代码与目标代码之间的中间代码的形式(诸如，部分编译形式)中、或处于用于实现根据本发明方法的任何其他期望形式中。该数据介质可以是能够存储该程序的任何实体或装置。例如，该介质可以包括存储部件，诸如，只读存储器(ROM)，例如致密盘(CD)ROM、或微电子电路ROM ;或实际上的磁记录部件，例如软盘或硬盘。替换地，该数据介质可以是其中合并了该程序的集成电路，该电路被适于运行正在讨论的方法或在运行正在讨论的方法中进行使用。此外，该程序可以被转换为诸如电信号或光信号之类的可传送形式，该可传送形式适合于经由电缆或光缆，通过无线电、或通过其他手段而传输。具体地，可以从因特网类型的网络中下载本发明的程序。
一旦參考附图而阅读了仅仅作为非限制性的说明性示例所给出的优选实施例的以下描述，本发明的其他特性和优点更加清楚得显现，在附图中 图I是图示了 MARC系统的基本拓扑的图； 图2示出了具有各个节点之间的正交链路的现有技术MARC系统的第一示例； 图3示出了具有各个节点之间的正交链路的现有技术MARC系统的第二示例； 图4示出了具有系统的节点之间的非正交链路的本发明MARC系统的示例； 图5是如图4所示的MARC系统所实现的本发明传送方法的简化流程图； 图6是本发明的中继的第一实施例的图； 图7是本发明的中继的第二实施例的图； 图8是本发明的中继的第三实施例的图； 图9是在中继中实现的压缩的示例的图； 图10是如图6、7、或8所示的中继的联合检测器/解码器DET/DEC的详细图； 图11是图10所示的联合检测器/解码器DET/DEC的MUD的详细图； 图12是图10所示的联合检测器/解码器DET/DEC的解码器DECi的详细图； 图13是本发明的接收机的联合检测器/解码器的图； 图14是示出了本发明的中继中的操作的定序的图；以及 图15是本发明的接收机的联合检测器/解码器的详细图。
具体实施例方式本发明提出了一种新颖方式，该新颖方式用于使用如图4所示的MARC系统的中继来在如图5所示的本发明的方法I中改善传送的频谱效率，同时仍然使得解码在接收机中能够简单和有效。在传送信道上不存在约束；它可以经历快速或慢速衰落，它可以是频率选择性的， 并且它可以是多入多出(MMO)信道。在下面的描述中，将两个源、中继、和目的地假设为完美地同歩，并且两个源是独立的(它们之间不存在相关性)。在此申请中使用以下符号。使用粗体字符来书写所有向量。向量V具有写为[v]k或Vk的其第k个元素。多维函数F选取维度mXq的矩阵A作为输入，其中每个元素au (对于所有 i=l，...，m并且j = 1，...，q)属于集合E，并且它输出维度nXp的矩阵B，其中每个元素 bjj (对于所有i=l，. . .，n并且j = 1，. . .，p)属于集合G，使得将F(A)=B写作F:EmXq^ Gnxp将符合均值ii x和协方差<的具有圆对称的高斯分布的复随机变量X的概率密度写作F2是ニ元伽罗瓦(Galois)域，R是实数的域，而C是复数的域。设X是属于域E的维度NXM的矩阵，即X G Enxm, Xk表示其第k列(k=l，…，M)。使用大写字母的非斜体字符来书写函数。设X是具有概率关系p(X)的离散随机变量，EU)指定了 X的数学期望eW = Z-t^,)
I在统计上独立的并且分别装备有&个和&个天线的两个源SI、S2 (两个发射机) 在步骤2中，动作为通过应用由编码器ENCl和ENC2实现的调制和空间时间信道编码方案C1和C2来对被分段为K比特块的信息数据11S1、us2-行编码。因而，在步骤2中，源的调制和编码方案C1和C2动作为将任何信息向量U5i eff、或uS2 e 与相应的已编码和
已调制的码元Xxi €バド、或X% €# ’パ相关联，该码元X,_ €；r,V—V .或X,2 eバ”属于基数 (cardinality) | x」=2P 和 | x 2 卜2q (p, q G N)的复星座 x 丨和 x 2 :ClIlf ^ZihXS
权利要求
1.ー种用于网络的传送数字信号的方法(1)，该网络具有至少四个节点，所述至少四个节点包括用于实现空间分布式网络代码的、通过非正交链路而链接到一起的两个发射机 (S1. S2)、中继(R)、和接收机(D)，该方法包括 每个发射机中的编码步骤(2)，用于每块K个信息比特地来传递码字，该码字包括第一部分和冗余第二部分，能够与该冗余第二部分独立地对该第一部分进行解码； 所述发射机的传送步骤(3)，在aN，a e
个时隙期间传送该码字的第一部分； 该中继中的迭代联合检測/解码步骤(4)，用于分离来自所述发射机的流，并且用于按照流来确定表现了与该码字相关联的K个信息比特的向量； 该中继中的联合编码步骤(5)，用于对两个向量进行编码，以便确定冗余信息； 对所述发射机进行定序，以在(1-a )N，a G
个接下来的时隙期间传送该冗余第二部分；以及 在传送步骤(6)中对该中继进行定序，以在(l-a)N，a G
个接下来的时隙期间传送该冗余信息。
2.根据权利要求I的方法(1)，其中，该迭代联合检測/解码步骤实现硬解码。
3.根据权利要求I的方法(I)，其中，该迭代联合检測/解码步骤实现软解码，并且该联合编码步骤实现软编码和在比特级别处执行的边缘化。
4.根据权利要求I的方法(1)，其中，该迭代联合检測/解码步骤实现软解码，并且该联合编码步骤实现软编码和压缩。
5.根据前述权利要求的方法(I)，其中，使用最小均方不相关误差(MMSUE)准则来执行该压縮。
6.根据权利要求I的方法(1)，在所述发射机与该中继之间实现分布式特波码，并且其中，所述发射机中的编码步骤实现具有两个卷积编码器的并行级联的特波码。
7.一种信息介质上的计算机程序，所述程序包括以下程序指令，当在用于实现根据权利要求I到6中任ー项的数字信号传送方法的MARC系统中加载并且运行所述程序时，所述程序指令适于实现该传送方法。
8.一种数据介质，该数据介质包括程序指令，当在用于实现根据权利要求I到6中任一项的数字信号传送方法的MARC系统中加载并且运行所述程序时，所述程序指令适于实现该传送方法。
9.一种用于MARC系统的中继(R),该MARC系统用于实现根据权利要求I到6中任一项的传送方法，该中继包括 迭代联合检测/解码部件(DET/DEC)，用于分离来自该MARC系统的两个发射机的流， 并且用于按照流来确定表现了与码字相关联的K个信息比特的向量，该码字包括发射机在 aN, a G
个时隙期间接连传送的两个部分，其中第一部分能够独自地进行解码、并且是由该中继进行解码以便确定该向量的部分； 联合编码部件(Re_ENC)，用于对所述两个流的向量进行编码，以便确定冗余信息；以及 用于在(l-a)N，a G
个时隙期间传送该冗余信息的部件，该(1-a) N，a G
个时隙在a N，a G
个时隙以后，在该a N，a G
个时隙期间，所述两个发射机传送所述码字的前两个部分。
10.ー种MARC系统(SYS)，其中，中继是根据权利要求9的中继。
11.一种用于MARC系统中的接收机的接收方法，该MARC系统要实现根据权利要求I到 6中任一项的传送方法,该方法包括 在两个块中存储分别在a N个和(l-a)N，a G
个接连时隙期间接收到的数据的步骤，该数据对应于按照两部分码字的形式而按照发射机所编码的K个信息比特，所述部分在a N个和(l-a)N, a G
个时隙期间接连地传送；以及 按照块的检测步骤，在该检测步骤以后跟随有联合解码步骤，用于迭代地动作为分离来自所述发射机和来自中继的流，并且用于使用如针对每个发射机所分离的流，以便确定用于所述K个信息比特的已解码值。
12.—种用于MARC系统的接收机(D)，该MARC系统用于实现根据权利要求I到6中任一项的传送方法，该接收机包括 用于在两个块中存储分别在a N个和(l-a)N, a G
个接连时隙期间接收到的数据的部件，该数据对应于按照两部分码字的形式而按照发射机所编码的K个信息比持， 所述部分在a N个和(l-a)N，a G
个时隙期间接连地传送；以及 两个块检测器部件(MUDI、MUDII)，在该两个块检测器部件(MUDI、MUDII)以后跟随有联合解码器(DEC c)，用于迭代地动作为分离在aN个时隙期间来自所述发射机的两个流并且分离在(l-a)N，a G
个时隙期间来自所述发射机和来自中继的三个流，以便按照发射机来确定用于来自已分离的流的K个信息比特的已解码值。
全文摘要
本发明涉及一种向网络传送数字信号的方法(1)，该网络具有至少四个节点，所述至少四个节点包括使用空间分布式网络代码的、通过非正交链路而彼此分离的两个发射机、中继、和接收机。该方法包括以下步骤每个发射机中的步骤(2)，用于按照K个数据比特的块来传递码字，该码字包括第一和第二冗余部分，由此可以与该第二部分独立地对该第一部分进行解码；步骤(3)，包括在发射机中在αN,α∈
个传送间隔上传送该码字的第一部分；步骤(4)，包括该中继中的组合式迭代检测/解码，以便分离源自于所述发射机的流量，并且针对每个流量来确定表现了与该码字相关联的K个数据比特的向量；步骤(5)，包括在该中继中对两个向量进行组合式编码，以便确定冗余数据；提供所述发射机中的顺序，以便在(1-α)N,α∈
个随后的传送间隔上传送该第二冗余部分；以及提供该中继中的顺序，以便在(1-α)N,α∈
个随后的传送间隔上传送(6)该冗余数据。
文档编号H04B7/26GK102612822SQ201080051765
公开日2012年7月25日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者A.伯赛特, A.哈特费, R.维索兹 申请人:法国电信公司