传送用于非正交ms-marc系统的数字信号的方法、以及对应的程序产品和中继设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种意欲用于具有N个信源(S1、S2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、RM)以及单一接收器(D)的系统的信号的非正交传送方法(1)，其中，所述中继通过单一的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过单一的频谱资源进行的同时传送同时进行。对于每个中继，该方法包含：对在αN(α∈]0，1[)个第一传送间隔期间由信源分别传送的消息(u1、u2、……、uN)进行迭代式联合检测/解码以获得经解码的消息的步骤2；检测在经解码的消息(u1、u2、……、uN)中的错误的步骤3；交织检测出没有错误的消息的步骤4，随后进行代数网络编码的步骤5，该步骤5包括将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以便得到经编码的消息，所述线性组合在系统的中继之间成对地独立；进行格式化的步骤6，包含进行信道编码以便产生代表经网络编码的消息的信号并且在(1-α)N(α∈]0，1[)个接下来的传送间隔期间与由信源进行的传送同时地传送该信号。
【专利说明】传送用于非正交MS-MARC系统的数字信号的方法、以及对应的程序产品和中继设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及电信领域。在该领域中，本发明更具体地涉及在多信源多中继(MS-MR)网络中传送编码数据。对于指定的目的地，MS-MR网络是一种包含至少四个节点的电信系统:至少两个信源和至少两个中继。本发明涉及网络编码。本发明涉及提高数据传送的质量，并且具体地涉及提高在目的地进行的纠错解码的性能。
[0002]本发明具体但非排他地应用于经由移动网络传送数据，例如用于实时应用。
【背景技术】
[0003]网络(特别是移动网络)设法在容量、可靠性、消耗等方面得到显著的改善。移动网络的传送信道以难度而闻名，其导致相对低劣的传送可靠性。在过去几年里，就编码和调制而言，特别是考虑到消耗和容量，已经取得了相当大的进展。在多个信源和目的地共享相同的资源(时间、频率以及空间)的移动网络中，需要保持尽可能低的传送功率。
[0004]低功率不利于覆盖度，因此不利于系统的容量，并且更普遍不利于其性能。
[0005]为了增加覆盖度，使通信更可靠，并且更普遍地为了提高性能，一种方法在于依靠中继增加频谱效率，从而提高传送效率以及系统的可靠性。
[0006]图1中示出MS-MR系统的基本拓扑，其中:信源(节点S1和S2)广播它们的码信息序列以便引起中继R1和民以及目的地D的注意；典型地，信源是设法在中继的帮助下到达相同的基站的用户终端。每个中继对其接收的来自信源S1至S2的信号进行解码，并且联合地对通过该解码得到的序列进行重编码，同时还添加它们自己的冗余，从而创建网络码。在目的地D，通过信道解码算法和网络解码算法对包含直接来自信源S1和S2的所接收的码序列以及来自中继R1和R2的码序列的空间分布的码序列进行解码。
[0007]网络编码是一种形式的合作，其中，网络的节点不仅共享它们自身的资源(功率、带宽等)还共享它们的计算能力以便创建功率随着信息通过节点传播时而不断增加的分布码。这得到关于分集以及编码的基本增益，从而得到关于传送可靠性的基本增益。
[0008]主要的困难在于从信源到中继的链路不会一直使所有的中继都能够基于它们接收的信号无错误地检测到来自信源的消息。例如，在从信源至中继的传送信道遭受瑞利衰落(Rayleigh fading)时以及在缺少关于信源处的信道的知识时可能会遇到该困难。在这样的环境下，由于中继对来自信源的消息进行有缺陷的解码，所以存在非零概率的断供。这样的缺陷会导致向目的地传播的错误。
[0009]另外，达到最大分集意味着，即使在与中继的数量相等的多条链路上发生断供的情况下，也一定能够恢复所有的来自信源的消息。
[0010]论文[I]提到了一种用于如图1所示的简单MS-MR系统的网络码。该MS-MR系统对应于基本拓扑。该系统局限于两个信源和两个中继。所考虑的MS-MR系统是这样的:所有信源到目的地以及中继到目的地的链路都是正交的，并且使用不同的频谱资源(亦即，在信源和中继之间使用的无线电资源在时间上或在频率上是分离的)。因为在多个用户之间细分该无线电资源，所以这种分离导致频谱效率的损耗。
[0011]两个信源S1和S2向中继RpR2以及目的地D广播编码信息。中继R1和R2从两个用户得到假设被正确地解码的流，并且使用在阶数4的有限域中定义的线性网络编码方案以线性的方式将它们组合。该网络码使得能够实现最大分集，即为3 (M+1)，因为在两个链路中发生断供的情况下，从四个码I1、12、I+I2以及11+212得到的任何一对的两个码都足以重组来自信源的消息Il和12。
[0012]在该系统中，在没有干扰时可以独自地减少解码错误，因为所考虑的MS-MR系统是纯理论性的并且假设不会遭受干扰(因为链路是完全正交的)。另外，在于利用完全正交的链路的约束将导致对频谱资源的非最优的使用，从而导致在网络容量上的限制。
[0013]MS-MR系统的中继可以是固定中继，同样也可以是移动中继。给定要在人口密集区域中进行传送的通信的密度，中继的数量可以很大并且可以远大于2。为了覆盖这样的地区，优选地，可以使用固定中继而不是基站，因为基站可能会贵得多。在替代的方式下，能够使用移动中继。典型地，这种移动中继是移动终端。这种MS-MR系统变得非常复杂，并且根据[I]的传送方法消耗大量资源，从而使该系统相对没有吸引力。
【发明内容】
[0014]本发明提供了一种在具有N个信源、M个中继以及单一接收器的系统中使用的信号的非正交传送方法，在该系统中，所述中继通过共同的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过相同的频谱资源进行的同时传送同时进行，对于每个中继，该方法包含:
[0015]-对在αN个第一传送间隔期间由所述信源分别传送的消息进行迭代式联合检测及解码以得到经解码的消息的步骤；
[0016]-检测所述经解码的消息中的错误的步骤；
[0017]-只交织检测出没有错误的消息的步骤，随后进行代数网络编码的步骤，该步骤在于将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以得到经编码的消息，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及
[0018]-进行整形的步骤，包含进行信道编码以产生表示经网络编码的消息的信号并且在接下来的(1-α)Ν个传送间隔期间与从所述信源进行的传送同时地传送该信号，其中，a e ]0，1[。
[0019]本发明的这种传送适于具有把来自至少两个信源的消息中继给单一目的地的至少两个中继的系统。该系统被称为是多用户多中继的。因为传送协议以两个阶段进行，所以称其为是非正交的。在第一阶段期间，信源在占据共同的频谱资源的同时，同时地进行传送。中继和目的地进行监听、检测以及解码。所传送的信号在中继和目的地这两处都产生干扰。在第二阶段期间，信源在占据相同的频谱资源的同时，同时地进行传送，并且中继同时地传送它们在第一阶段期间接收并处理的信号，同时也占据相同的频谱资源。所传送的信号在目的地产生干扰。信源到中继的链路、中继到目的地的链路以及信源到目的地的链路是非正交的。术语“非正交”的使用来自通过非正交的链路进行的传送的两个阶段:在第一阶段期间，信源与中继之间以及信源与目的地之间的链路是非正交的；在第二阶段期间，信源与中继之间、信源与目的地之间以及中继与目的地之间的链路是非正交的。因此，在第一阶段期间，在中继处以及在目的地处在独自来自信源的信号之间存在干扰。在第二阶段期间，在目的地处在来自信源的信号与来自中继的信号之间存在干扰。
[0020]有利地，网络编码使得能够达到分集的最大阶数，对于具有M个中继的系统而言，其为M+1 ;根据从信源之一向目的地传送的信号可以沿着的不同路径(直接路径以及经由M个中继之中的每一个的M个路径)的数量给出该最大阶数。假设所构造的线性系统的不可逆性，则从M+1个链路中消除M个链路使目的地总能够找到信源信号，因此由中继使用的在阶数大于2的有限域中定义的线性组合的成对独立性使得能够达到等于M+1的分集的阶数。
[0021 ] 在具有两个中继的现有技术系统中，为了实施组合而在每个中继处使用的XOR功能(Θ )不能达到最大分集。当两个信源到目的地的链路遭受断供时，在目的地无法基于来自中继的消息Il Θ 12重组来自两个信源的消息Il和12。在目的地接收的来自中继的信息Il θ 12在缺少直接从信源接收的信息Il或者12的情况下，既不能重组Il也不能重组12。与根据现有技术得知的技术不同，本发明适于大于或等于2的任何数量的中继。
[0022]如果信源通过共同的频谱资源同时地进行传送，并且中继通过共同的频谱资源同时地进行传送，则本发明通过允许信号在中继处以及在目的地处相互抵触，能够使频谱效率最大化。因此，本发明不仅考虑非正交的信源到中继以及信源到目的地的链路，还考虑非正交的中继到目的地的链路。当信源和中继在它们各自的传送期间占据相同的资源时(这对应于本发明的具体实现方式)，频谱效率得以最优化。
[0023]如果中继在进行网络编码之前实施交织，则本发明还能够在目的地实施迭代式联合信道及网络解码。交织无错误地接收的每条消息将降低在未进行交织时在信源处对相同的消息实施的信道编码与在中继处对相同的消息实施的信道及网络编码之间的相关性。从而，这确保了在目的地处进行的首先使用直接来自信源的信号其次使用来自中继的信号的联合信道及网络解码比独立于网络解码实施的信道解码具有更高的性能。
[0024]假定网络编码的自适应性，则根据本发明进行的中继被用于提高信源与目的地之间的传送的可靠性，同时使从中继到目的地的错误的传播最小化。因此，这样的方法特别适于在市区环境中部署的系统，在该环境下，传送信道通常呈现具有所谓的瑞利衰落的曲线轮廓。这种衰落扰乱所传送的信号，并且引起非零概率的错误的检测(被称为“断供”概率)。有利地，如果中继接收的所有的消息都是错误的，则本发明的自适应(或者自选择)的中继方法能够使其不传送信息，甚至如果只有来自某信源的消息被检测出没有错误，则还能够使该中继代表该信源传送信息。因此，该方法适合于有噪声的信源到中继的链路。
[0025]本发明特别适于半双工中继，但是同样能够应用于全双工中继。使用半双工中继的合作系统是非常有吸引力的，因为它们的通信方案比全双工中继的通信方案更简单，易于实现并且成本更低。
[0026]本发明还提供了一种用于非正交MS-MR系统的中继。
[0027]这样，用于实现本发明的传送方法的本发明的中继包含:
[0028]-用于进行迭代式联合检测及解码以分离来自所述信源的流并且对每个流确定代表由信源在αN个第一传送间隔期间传送的码字的消息的部件；
[0029]-用于检测错误的部件；
[0030]-用于只交织被检测出没有错误的那些消息的交织部件；
[0031]-用于矢量…=[ai,ja2,j…aN,j]T的代数网络编码的部件，在于在阶数严格地大于2的有限域中将交织后的消息进行线性组合，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及
[0032]-用于进行整形的部件，包含对来自网络编码的消息进行信道编码以产生代表经网络编码的消息的信号，并且在接下来的(1-α )N个传送间隔期间与由所述信源进行的传送同时地传送该信号，其中，a e]0，l[。
[0033]有利地，本发明的中继是半双工(HD)类型的。
[0034]在具体的实现方式中，传送方法还包含对指定被检测出没有错误的消息的表示为给信号接收器的代表信号的控制信号进行整形的步骤。
[0035]这样的消息使得能够显著地简化接收时的处理。
[0036]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:信道编码是系统类型的。
[0037]这种类型的编码使得能够非常容易地对码的系统部分进行穿孔(punch)并且使用中继只传送奇偶部分，从而使由中继向目的地进行传送的频谱效率最优化。
[0038]在具体的实现方式中，信道编码是二进制的，并且该传送方法还包含:
[0039]-在交织步骤与代数编码步骤之间的二进制到符号转换的步骤；以及
[0040]-在代数网络编码步骤之后的符号到二进制转换的步骤。
[0041]该实现方式特别适于二进制信源信道编码。
[0042]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:阶数严格地大于2的有限域是阶数为4的伽罗瓦域。
[0043]该域的阶数4对应于中继的数量M多至3个的最优化的选择。
[0044]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:检测错误的步骤通过使用与信源传送的消息相关联的循环类型的冗余信息来实施。
[0045]这种实现方式的优点是特别易于实施。适于在信源处进行系统类型编码。
[0046]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:迭代式联合检测及解码的步骤联合地实施多用户检测以及软输入和软输出解码。
[0047]这种实现方式的优点是，与随后解码而在检测与解码之间不交换先验信息的多用户检测相比提供了更好的性能。
[0048]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:迭代式联合检测及解码步骤实现空时解码。
[0049]这种实现方式特别适于信源具有多个传送天线并且实施空时编码的系统。当中继配有多个接收天线时，该系统被称为多输入或多输出(MIMO)系统，否则被称为多输入或单输出(MISO)系统。
[0050]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:进行整形的步骤包含对消息在传送之前进行调制并且在信道编码和所述调制之间进行交织。
[0051]这种实现方式通过使得能够独立地选择调制和编码，在构造调制及编码方案时提供了很大的灵活性。另外，信道交织器使得能够在目的地处以及在中继处在检测与解码之间使用迭代式方法。
[0052]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:所述N个信源通过共同的频谱资源同时地传送所述消息，其中的每个消息在所述α N个第一传送间隔期间都包含系统部分以及第一冗余部分，并且它们在所述的接下来的(1-α )Ν个传送间隔期间通过相同的频谱资源同时地传送第二冗余部分，同时，所述中继同时地传送第三冗余部分。
[0053]在具体的实现方式中，传送方法在信源与中继之间实施分布式涡轮(turbo)编码。在信源中的编码步骤还使用卷积编码器。
[0054]例如，对于来自解码器的每个流，分布式涡轮码由在信源处编码比率为1/3的递归系统卷积码(RSCC)以及在交织器之前在中继处编码比率为2/3的RSCC组成。选择带有并行的级联(concatenat1n)的分布式涡轮码，通过具有就构造而言由系统部分和两个冗余部分(由信源确定并传送的第一冗余部分以及由中继确定并传送的第二冗余部分)级联形成的码，使得能够对于带有半双工中继的非正交MS-MR系统非常简单地实现在空间上分布的网络编码。这种级联使信源能够在两个传送间隔期间传送系统部分和第一冗余部分，并且使中继能够在第二传送间隔期间传送第二冗余部分。因此，这种级联使得易于确保中继独立于在两个传送间隔期间从信源到目的地传送的第一冗余部分地将新的冗余信息提供给对应于系统部分的信息比特。因此，目的地具有多个冗余，从而使得能够实施非常有力的解码，从而提高可靠性。
[0055]本发明还提供了一种用于实现本发明的传送方法的非正交MS-MR系统的接收器的接收方法。该接收方法以迭代的方式包含:
[0056]-第一多用户检测步骤，检测由所述各个信源同时传送的经编码的消息以得到关于由所述信源编码的各个消息的软信息；
[0057]-第二多用户检测步骤，检测分别由所述信源以及所述中继同时传送的经编码的消息以得到关于由所述信源以及所述中继编码的消息的软信息；
[0058]-第一步骤，并行地对分别由所述N个信源编码的N个消息进行软信道解码；以及
[0059]-第二步骤，在关于由所述中继检测出没有错误的消息的信息的控制下级联地对分别由所述M个中继编码的M个消息进行算法软网络解码；
[0060]对N个消息进行软信道解码的第一步骤使用来自所述第一检测步骤的软信息以及涉及来自所述第二检测步骤的信源消息的软信息作为先验信息，以便提供关于在所述第二步骤的代数软网络解码中解码的M个消息的软信息；
[0061]对M个消息进行软网络解码的第二步骤使用来自所述第一和第二检测步骤的软信息作为先验信息，以通过向所述第二检测步骤供给关于经解码的消息的软信息来做出响应；
[0062]对N个消息进行软信道解码的第一步骤以及对M个消息进行软网络解码的第二步骤向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下。
[0063]本发明还提供了一种用于实现本发明的传送方法的用于非正交MS-MR系统的接收器。该接收器包含:
[0064]-第一检测部件，用于多用户联合检测以分离在传送的第一阶段期间分别来自所述N个信源的经编码的消息的同时流并且产生关于所述经编码的消息的软信息；
[0065]-第二检测部件，用于多用户联合检测以分离在传送的第二阶段期间分别来自所述N个信源以及所述M个中继的经编码的消息的同时流，并且产生关于分别来自所述信源和所述中继的经编码的消息的软信息；
[0066]-与信源同样多的并行的软解码器，用于对分别由所述信源编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一检测部件的软信息以及关于来自信源消息的第二检测部件的软信息作为先验信息，并且产生关于经解码的消息的软信息；
[0067]-与中继同样多的以级联方式运作的软代数解码器，用于对分别由所述中继编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一及第二检测部件的软信息作为先验信息，并且通过向所述第二检测部件供给关于经解码的消息的软信息来做出响应；
[0068]所述N个软信道解码器和所述M个软代数解码器向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下；
[0069]-决策制定部件，用于所述信道解码器以得到关于分别来自所述信源的消息的估计。
[0070]这种接收方法以及这种接收器的优点是适于实现本发明的传送方法的非正交MS-MR系统。
[0071]上述实现方式的每一种都可以可选地与其他实现方式中的一个或多个组合以便定义更多的实现方式。
[0072]本发明还提供了一种适于实现本发明的方法的可选的MMO非正交MS-MR系统。
[0073]这样，本发明的非正交MS-MR系统包括本发明的至少两个中继。
[0074]在优选实现方式中，传送方法和/或接收方法的步骤由合并在一个或多个诸如芯片这样的其本身适于布置在非正交MS-MR系统的电子设备中的电子电路中的传送和/或接收程序的指令来确定。还可以在将程序加载到诸如处理器或其等价物这样的计算构件中时实施本发明的传送和/或接收方法，然后通过执行所述程序来控制其操作。
[0075]因此，本发明还应用于适于实施本发明的计算机程序，特别是应用于在数据介质中或上的适于实施本发明的计算机程序。该程序可以使用任何编程语言，并且可以以源代码、目标代码或者源代码与目标代码之间的中间代码的形式，诸如以部分编译的形式，或者以用于实现本发明的方法的任何其他合适的形式。
[0076]数据介质可以是能够存储该程序的任何实体或设备。作为示例，该介质可以包含诸如只读存储器(ROM)这样的存储部件，例如光盘(CD) ROM或者微电子电路R0M，或者甚至可以包含磁记录部件，例如硬盘或通用串行总线(USB)钥匙。
[0077]替代地，数据介质可以是其中并入该程序的集成电路，该电路适于执行或者被用于所讨论的方法的执行。
[0078]另外，该程序可以转换成诸如电信号或光信号这样的可传送的形式，从而可以经由电缆或光缆、通过无线电或者其他部件传播。特别地，本发明的程序可以从因特网类型的网络下载。
【专利附图】
【附图说明】
[0079]通过阅读下面的对仅作为示意性且非限制性的示例给出的优选方法的说明，并且参考附图，本发明的其他特征及优点将变得更加清晰。附图中:
[0080]图1示出在不同节点之间具有正交链路的现有技术MS-MR系统的示例；
[0081]图2是示出针对接收器D的具有N个信源Sp……、SN以及M个中继R1'……、RM的MS-MR系统的拓扑的简图；
[0082]图3a是本发明的非正交MS-MR系统的简图，其中，链路在信源与中继之间、信源与目的地之间以及中继与目的地之间是非正交的，该图示出传送的第一阶段；
[0083]图3b是本发明的非正交MS-MR系统的简图，其中，链路在信源与中继之间、信源与目的地之间以及中继与目的地之间是非正交的，该图示出传送的第二阶段；
[0084]图4是通过图3a和3b示出的非正交MS-MR系统实现的本发明的传送方法的简化的流程图；
[0085]图5是本发明的MS-MR系统的第一实施例的简图，其中，在二进制域中定义在信源处以及在中继处的空时调制及编码方案；
[0086]图6是对由信源同时传送并且由中继接收的消息进行联合检测和解码的迭代式联合检测器及解码器JDDj的简图；
[0087]图7是联合检测器MAPD-E的简图；
[0088]图8是解码器DecSi的简图；
[0089]图9是本发明的MS-MR系统的第二实施例的简图，其中，在由代数网络码定义的域中定义在信源处以及在中继处的空时调制及编码方案；
[0090]图1Oa是本发明的目的地接收器的简图；
[0091]图1Ob是图1Oa接收器的检测器MAPD-EII的实施例的简图；
[0092]图11是当所有的传送都在域F4中实施时(亦即，以在图9中示出的第二实施例的方式实施，其中，信道编码是代数类型的)的SISO解码器Algj的实施例的简图；
[0093]图12是用于二进制信道码(亦即，以在图5中示出的第一实施例的方式实施)的SISO解码器Alg的实施例的简图；并且
[0094]图13至15是示出随着由中继传送的带内信息而变化的接收器的自适应结构的简图。
【具体实施方式】
[0095]在本申请中使用下面的记号。
[0096]所有的矢量都使用粗体字符。矢量V的第k个元素写作或者vk。
[0097]Fq是q个元素的伽罗瓦域(Galois field)，I是实数域并且€是复数域。
[0098]矩阵/张量使用粗体大写字母。如果X是属于域E的NXM维的矩阵，亦即，XgEnxm ,则 Xk表示其第 k 列(k = 1，...，M)。
[0099]函数使用非斜体大写字母。多维函数F应用于以mXq维的矩阵A的形式的输入，其中，每个元素ay (针对所有的i = 1，...，m以及j = 1，...，q)都属于集合E,并且其输出nXp维的矩阵B，其中，每个元素(针对所有的i = 1，...，η以及j = 1，...，ρ)都属于集合G，从而F(A) =B写作:F:EmX<1 —GnXp。
[0100]具有循环对称高斯分布的均值μ χ和协方差4的复数随机变量X的概率密度写作:(_,_V(/iA_,crA2)?
[0101]本发明的传送按照具有在图2中示出的拓扑的MS-MR系统得以实现。这种拓扑是这样的:信源、节点SiQ e {!,...,N})广播它们的经编码的信息序列以便引起中继Rj(j e {I,...,M})以及目的地D的注意；典型地，信源是设法通过中继的帮助到达相同的基站的用户终端。每个中继对从信源S1至Sn接收到的信号进行解码并且在添加其自身的冗余的同时连带地对经解码的序列进行重新编码以便创建网络码。在目的地D处，通过信道解码算法以及网络解码算法对包含直接从N个信源接收的码序列以及来自M个中继的码序列的空间分布的码序列进行解码。
[0102]本发明使用如图3a和3b所示的具有新的非正交传送协议的中继以提高传送的频谱效率，同时使得能够在目的地进行简单有效的解码。图3a示出传送的第一阶段，在此期间，只有信源同时地向中继和目的地进行传送。在该阶段期间，中继是不活动的。图3b示出传送的第二阶段，在此期间，信源同时地向中继和目的地进行传送。在该第二阶段期间，中继在相同数量的传送间隔期间内同时向目的地进行传送。
[0103]这样，本发明的方法I如图4所示。
[0104]对于传送信道没有约束；其可能遭受快速衰落，其中，使用矩阵的系数表示每次传送信道改变时使用的信道，或者其可能具有慢速B块衰落，其中，系数在信道的N/B次连续使用(块)过程中保持不变但是随着块的不同而变化，并且信道可以是所选择的频率，并且其可以是MIMO信道。在下面的说明中采用的记号对应于慢速I块衰落信道，亦即，准静态的信道。
[0105]在下面的说明中，假设节点(信源、中继以及目的地)完全同步并且信源是独立的(它们之间没有相关性)。
[0106]非正交传送协议是这样的，在被安排为两个阶段的信道的Nuse次使用的期间进行向目的地的信息传送:在第一阶段中，在信道的a Nuse = Chuse次使用期间信源进行传送；在第二阶段中，在信道的(1-α)Ν.= Chusrfi次使用期间信源和中继同时地进行传送。
[0107]在本发明的第一方面中，通过系统的中继Rj实施传送信号的非正交传送方法I。
[0108]信源数据块Ui e FqkI e {1，...，N}是长度为K的消息矢量，其中，分量在整数阶数q的有限域Fq中取得它们的值。
[0109]在统计上独立的信源Si实施信息数据Ui的信道编码，同时为了检验消息完整性，将循环冗余校验(CRC)添加到系统部分。具有个传送天线的信源Si使用使每个块Ui都与属于基数为I篇.| = 2” ( wi e肩)的复数丛集(complex constellat1ns) Xi的经编码并调制的符号X1相关联的在Fq(例如，二进制域F2或者四元有限域F4)上定义的空时调制及编码方案?i。Fq的符号具有包含In2 (q)个比特的二进制表示。如果比率
Si =是整数,则其表示调制所携带的Fq的符号的数量。函数Oi可以描述为下面的通用形式ψ 4编码器ENCi实施信道编码以及空时编码。
[0110]在传送的第一阶段期间，N个信源分别传送N个符号xf) e在传送的第二阶段期间，N个信源分别传送N个符号Xp e.
[0111] 每个中继Rj具有Wil个接收天线以及7^个传送天线。在传送的第一阶段期间，每个中继接收通过信源至中继的信道传送的N个信源信号的扰乱版本。由MIMO信道的系数的集合表示信源Si与中继&之间的信道
【权利要求】
1.一种在具有N个信源(S1、S2、……、SN)、M个中继(H……、RM)&和单一接收器(D)的系统中使用的信号的非正交传送的方法(1)，其中j = I到M，其中，所述中继通过共同的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过相同的频谱资源进行的同时传送同时进行，对于每个中继&，该方法包含: 对在α N个第一传送间隔期间由所述信源分别传送的消息(U1、U2、……、uN)进行迭代式联合检测及解码以得到经解码的消息的步骤2 ； 检测所述经解码的消息(Ul、U2、……、％)中的错误的步骤3; 只交织检测出没有错误的消息的步骤4，随后进行矢量aj= La1,j a2,j…aN,j]T的代数网络编码的步骤5，该步骤5在于将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以得到经编码的消息，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及 进行整形的步骤6，包含进行信道编码以产生表示经网络编码的消息的信号并且在接下来的(1-α)Ν个传送间隔期间与从所述信源进行的传送同时地传送该信号，其中a e ]0，1[。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括对指定被检测出没有错误的消息的表示为给信号接收器(D)的代表信号的控制信号进行整形的步骤7。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道编码是系统的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道编码是二进制的，并且还包含: 在交织步骤与代数编码步骤之间的二进制到符号转换的步骤；以及 在代数网络编码步骤之后的符号到二进制转换的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，阶数严格地大于2的有限域是阶数为4的伽罗瓦域。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，检测错误的步骤通过使用与信源传送的消息相关联的循环类型的冗余信息来实施。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代式联合检测及解码的步骤联合地实施多用户检测以及软输入和软输出解码。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代式联合检测及解码步骤实现空时解码。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，进行整形的步骤包含对消息在传送之前进行调制并且在信道编码和所述调制之间进行交织。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，G表示所述中继的M个网络编码矢量的矩阵，T表示系统生成矩阵T = [InG]，其中In是N维的单位矩阵，其中，所述网络编码矢量的分量通过独立的随机抽取来确定，从而达到系统的最大分集。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述N个信源(SpS2、……、SN)通过共同的频谱资源同时地传送所述消息(+、％、……、uN)，其中的每个消息在所述αΝ个第一传送间隔期间都包含系统部分和第一冗余部分，并且它们在所述的接下来的(1- α )Ν个传送间隔期间通过相同的频谱资源同时地传送第二冗余部分，同时，所述中继同时地传送第三冗余部分。
12.—种在数据介质上的计算机程序，所述程序包括适于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法的程序指令，当所述程序被载入并且由用于具有N个信源(SpS2>......、SN)、M个中继(RpRy......、Rm)以及单一接收器⑶的系统的中继执行时，所述中继用于实现所述传送方法。
13.—种包括适于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法的程序指令的数据介质，当所述程序被载入并且由用于具有N个信源(&、S2、……、SN)、M个中继OVR2、……、Rm)以及单一接收器(D)的系统的中继执行时，所述中继用于实现所述传送方法。
14.一种用于具有N个信源(S1、S2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、Rm)以及单一接收器(D)的非正交系统的用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的非正交传送方法的中继(R)，该中继包含: 用于进行迭代式联合检测及解码以分离来自所述信源的流并且为每个流确定代表在α N个第一传送间隔期间由信源传送的码字的消息的部件(JDDj)； 用于检测错误的部件(CRCji)； 用于只交织被检测出没有错误的那些消息的交织部件(nji); 用于矢量aj= La1,j a2,j…aN,j]T的代数网络编码的部件(CRj)，其在于在阶数严格地大于2的有限域中将交织后的消息进行线性组合，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及 用于进行整形的部件(MCSj)，包含对来自网络编码的消息进行信道编码以产生代表经网络编码的消息的信号并且在接下来的(1-α)Ν个传送间隔期间与由所述信源进行的传送同时地传送该信号，其中a e]0，l[。
15.一种具有N个信源(S1、S2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、Rm)以及单一非正交接收器(D)的系统(SYS)，其中，所述中继是根据权利要求14所述的中继。
16.一种用于具有N个信源(SpS2、……、SN)和M个中继(R1、R2、……、RU)的非正交系统的接收器(D)的接收方法，所述系统用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法，所述接收方法以迭代的方式包含: 第一多用户检测步骤，检测由所述各个信源同时传送的经编码的消息(+、％、……、uN)以得到关于由所述信源编码的各个消息的软信息(Ucsi))； 第二多用户检测步骤，检测分别由所述信源以及所述中继同时传送的经编码的消息以得到关于由所述信源以及所述中继编码的消息的软信息(Ucw))； 第一步骤，并行地对分别由所述N个信源编码的N个消息进行软信道解码；以及 第二步骤，在关于由所述中继检测出没有错误的消息的信息的控制下级联地对分别由所述M个中继编码的M个信息进行算法软网络解码； 对N个消息进行软信道解码的第一步骤使用来自所述第一检测步骤的软信息(L(Csi))以及涉及来自所述第二检测步骤的信源消息的软信息作为先验信息，以便提供关于在所述第二步骤的代数软网络解码中解码的M个消息的软信息(Esi)； 对M个消息进行软网络解码的第二步骤使用来自所述第一和第二检测步骤的软信息(L(cSi))和(L(cKj)))作为先验信息，以通过向所述第二检测步骤供给关于经解码的消息的软信息来做出响应； 对N个消息进行软信道解码的第一步骤以及对M个消息进行软网络解码的第二步骤向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下进行。
17.一种用于具有N个信源(SpS2、……、SN)和M个中继(R1、R2、……、RU)的非正交系统的接收器(D)，所述系统用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法，所述接收器包含: 第一检测部件(MAPD-DI)，用于多用户联合检测以分离在传送的第一阶段期间分别来自所述N个信源的经编码的消息的同时流并且产生关于所述经编码的消息的软信息；第二检测部件(MAPD-DII)，用于多用户联合检测以分离在传送的第二阶段期间分别来自所述N个信源以及所述M个中继的经编码的消息的同时流并且产生关于分别来自所述信源以及所述中继的经编码的消息的软信息； 与信源同样多的并行的软解码器(SISOi)，用于对分别由所述信源编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一检测部件(MAPD-DI)的软信息(L(Csi))以及关于信源消息的来自所述第二检测部件(MAPD-DII)的软信息作为先验信息，并且产生关于经解码的消息的软信息(Esi)； 与中继同样多的以级联方式运作的软代数解码器(SISO Algj)，用于对分别由所述中继编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一及第二检测部件(MAPD-D1、MAPD-DII)的软信息(Ucsi))和(L(cKj)))作为先验信息，并且通过向所述第二检测部件供给关于经解码的消息的软信息来做出响应； 所述N个软信道解码器和所述M个软代数解码器向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下进行；决策制定部件，用于所述信道解码器以得到关于分别来自所述信源的消息的估计。
【文档编号】H04L1/00GK104137456SQ201280070329
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月21日
【发明者】M.贝纳玛, A.哈特费, R.维索兹 申请人:奥林奇公司