专利名称：协同编码的通信方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种协同编码的通信方法及系统。
背景技术：
以移动通信、无线局域网等为代表的无线网络已成为世界各国重要的高新技术支柱产业。目前，商业化的第三代移动通信系统(3G)在稳步推进；以微波存取全球互通(World Interoperability for Microwave Access,简称 WiMA)为代表的宽带无线接入系统的高速发展已经成为了电信产业发展的一大亮点；面向多媒体业务的地面无线数字电视广播系统进入实施阶段。随着频谱资源紧张的问题日益突出，传统的基于资源独立优化的无线通信体系架构往往受到“边界效应”的制约，不能很好地满足不断增长的业务需求。协同编码便应运而生，其是将协同传输和信道编码相结合，不同的用户传输码字的一部分，在目的端同时获得分集和编码增益，从根本上提高无线资源利用的有效性，实现无线资源与用户需求之间最大程度的匹配。设计好的编码协同，具有很强的应用前景。下面分别对相关联的两个概念进行说明。1、无线网络编码在无线协同网络中，借用网络编码的思想，中继节点将接收的信息混合起来，把编过码的符号传输出去。下面介绍下如何将无线网络编码运用到无线编码协同中。图1展示了一种现有的 无线协同网络模型，第一个时隙，每个节点(如T1, T2)广播自己的信息；第二个时隙，中继节点(如R1, R2)将自己收到的信息包发送给目的节点。显然，这种协同方式需要4个时隙以及2个中继点，从而使得每个源节点的协同度为2。图2展示了另一种现有的无线协同网络编码模型，由2个源节点，I个中继节点和I个目的节点组成，这跟著名的蝴蝶结构类似。在第一个时隙，其中一个源节点(如T1)广播自己的信息C1 ;在第二个时隙，另一个源节点(如T2)广播自己的信息包C2 ;在最后一个时隙，中继节点把C1和C2的线性组合(如校验和q c2 )发送到目的节点。毫无疑问，目的节点只要恢复以上任何2个信息包就可以正确接收C1和c2，与前一种协同方式相比，这种方式节省了 I个时隙和I个中继节点，而达到了相同的协同度。2、自适应网络编码协同从上述分析可以得到，无线协同网络的协同增益通过分布式编码得到。同样地，更加复杂的校验码可以用在更大规模的网络，比如BCH码，Turbo码和低密度奇偶校验码(LowDensity Parity Check Code, LDPC)。利用了网络编码技术，自适应网络编码协同是在目的节点形成对应于瞬间网络拓扑结构的随机网络码字，此技术对抗无线衰落非常有效。由于现有的自适应网络编码协同是随机选择信息包来计算中继包，因此在信宿中所形成的LDPC校验矩阵是随机的，存在很多短环(如图3的方框所示)，严重影响系统性能，导致误码率较高。
发明内容
本发明实施例所要解决的一个技术问题在于，提供一种系统性能好，误码率低的协同编码的通信方法。本发明实施例所要解决的另一个技术问题在于，提供一种系统性能好，误码率低的协同编码的通信系统。为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种协同编码的通信方法，包括初始化步骤信宿生成并将LDPC校验矩阵信息广播给每个信源；广播步骤所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息后，每个信源经过正交的信道发送信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包；及中继步骤每个信源将正确接收的信源信息逐比特异或，并将计算得到的中继包R’ (i)发送到信宿。为了解决上述技术问题，本发明实施例还提出了一种协同编码的通信系统，所述系统包括由一个信宿组成的信宿端生成并将LDPC校验矩阵信息广播给每个信源；及由多个信源组成的信源端所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息后，每个信源经过正交的信道发送信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包，且每个信源将正确接收的信源信息逐比特异或，并将计算得到的中继包R’ (i)发送到 目宿。
本发明实施例的协同编码的通信方法及系统的有益效果是通过开始通信之前预先生成并将LDPC校验矩阵信息广播给每个信源，每个信源都获得并存储需要接收信源信息的索引，进而达到了系统性能好，误码率低的技术效果。
图1是一种现有的无线协同网络模型。图2是另一种现有的无线协同网络模型。图3是自适应网络编码协同过程中生成的LDPC校验矩阵存在的短环示意图。图4是自适应网络编码协同方法对应的传输过程示意图。图5是自适应网络编码协同方法在广播阶段后信源之间接收信息状况示意图。图6是本发明实施例的协同编码的通信方法的流程示意图。图7是本发明实施例的协同编码的通信方法基校验矩阵Hb扩展流程示意图。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。本发明实施例的通信系统包含m个信源和I个信宿，下面介绍一种自适应网络编码协同方法(下称方法一)，其包括①广播阶段，每个信源经过正交的信道，发送自己的信息包到信宿，同时，其余信源保持接收信息，将信源正确接收的信息集合记为《W。②中继阶段，信源i从《(O随机选取几个信息包，相互逐比特异或，将计算后的中继包R(i)发送到信宿。中继包R(i)包括数据部分和携带有误码的信源索引的包头部分；对应的传输过程如图4所示，在信宿端，信宿收集完所有从信源发送的信息。根据R(i)的包头信息，信宿可以知道每个信息包和中继包之间的关系，将这些信息看成一个LDPC码字。在解码时，可以用LDPC解码方法来进行整体解码。为了更加清楚地描述自适应网络编码协同与形成LDPC校验矩阵的对应关系，在这里我们假定一个通信系统有6个信源，I个信宿，经过广播阶段后，信源之间接收信息状况如图5所示，图中信源i到信源j的箭头表示信源j正确接收信源i的信息。因此，我们可以得到
如果在中继阶段，所有信源都全部选择W(Z)中信息来计算校验位，在信宿中形成的LDPC校验矩阵左边元素hij;当信源i正确时信源j就设为1，否则就为O ;当i等于j时，矩阵右边的元素设为1，否则为0，那么形成的LDPC校验矩阵也如图3所示。由上可知，采用自适应网络编码协同，在信宿所形成的LDPC码性能跟中继阶段信源选择其他信源信息包密切相关，即中继阶段信源如何选择其他信源信息包，决定了形成的LDPC校验矩阵H。本发明提供了一种协同编码的通信方法的实施例，其可在清华同方PC机用软件实现，如图6所示，包括以下步骤初始化步骤信宿生成并将LDPC校验矩阵信息广播给每个信源；所述初始化步骤包括如下三个子步骤基校验矩阵获得子步骤S1:随机产生一个HibXmb的矩阵H1，进而得到基校验矩阵Hb= [H1, HJ，其中mb是m的因子，Hr是单位矩阵；LDPC校验矩阵获得子步骤S2 :基于GF(2P)，将H1中的非零元素扩展成LXL子矩阵n (i，j)，^中的非零元素扩展成LXL的单位矩阵，其余的零元素全部扩展成LXL的零矩阵，进而得到一个mX2m的LDPC校验矩阵，其中，LXL子矩阵π (i, j)表示为第k行第f (α 1 * ( a J)k)列的元素为I，其他元素为0,0彡k彡L-l, L = m/mb, α是伽罗华域GF (2Ρ)的本原元，α相应函数值为f(a);具体地，请参考图7，基校验矩阵Hb扩展流程为设置参数cycle等于100, RL等于2P_1 ;从H1的第一个非零元素开始扩展，i=0, j=0 ;判断是否i=RL，是则CyCle=CyCle-2，否则将非零元素扩展成π (i, j);判断矩阵中的最短环是否小于cycle,是则删除(i, j), j=j+l,判断是否j=RL,是则i=i+l, j=0,重新搜索,否则将非零元素扩展成n (i, j);判断最短环是否不小于cycle，且矩阵中所有非零元素都已经扩展完毕，是则程序结束，否则扩展下一个非零元素。及LDPC校验矩阵信息传输子步骤S3 :应用ARQ握手协议，信宿将前两个子步骤产生的LDPC校验矩阵信息广播给每个信源，每个信源存储需要接收信源信息的索引。广播步骤所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息后，每个信源经过正交的信道发送信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包；具体地，广播步骤包括判断子步骤S4 :判断是否所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息，是则进行下一步骤，否则重复上一步骤；广播步骤还包括发送接收子步骤S5 :每个信源经过正交的信道发送自己的信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包，例如第I个信源发送信息到信宿、第2个信源发送信息到信宿、第3个信源发送信息到信宿……第m-2个信源发送信息到信宿、第m-Ι个信源发送信息到信宿、第m个信源发送信息到信宿。中继步骤S6 :每个信源将自己正确接收的信源信息逐比特异或，并将计算得到的中继包R’ (i)发送到信宿，例如第I个信源计算并发送中继包R’ (i)、第2个信源计算并发送中继包R’(i)、第3个信源计算并发送中继包R’ (i)……第m-2个信源计算并发送中继包R’(i)、第m-Ι个信源计算并发送中继包R’(i)、第m个信源计算并发送中继包R’(i)。所述中继包R’ (i)包括数据部分和携带有误码的信源索引的包头部分。解码步骤S7 :信宿用误差反向传播(Error Back Proragation,简称BP)对接收到的信息进行解码。假设在中继步骤S6(对应于自适应网络编码协同的中继阶段)，每个信源选择D个信息包来计算中继包。作为一个例子，表I分别列出了不同D的优化网络编码协同(即本发明实施例的协同编码)和自适应网络编码协同在瑞利信道下的误码率性能。
表I
权利要求
1.一种协同编码的通信方法，其特征在于，所述方法包括初始化步骤信宿生成并将LDPC校验矩阵信息广播给每个信源；广播步骤所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息后，每个信源经过正交的信道发送信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包 '及中继步骤每个信源将正确接收的信源信息逐比特异或，并将计算得到的中继包R’ (i)发送到信宿。
2.如权利要求1所述的协同编码的通信方法，其特征在于，所述初始化步骤包括基校验矩阵获得子步骤随机产生一个mbXmb的矩阵H1，进而得到基校验矩阵Hb =[H1, HJ，其中mb是m的因子，Hr是单位矩阵；LDPC校验矩阵获得子步骤将H1中的非零元素扩展成LXL子矩阵Ji (i, j)，札中的非零元素扩展成LX L的单位矩阵，其余的零元素全部扩展成LX L的零矩阵，进而得到一个mX2m的LDPC校验矩阵，其中，LXL子矩阵π (i, j)表示为第k行第fU1 · (aJ)k)列的元素为I，其他元素为0,0彡L-l, L = m/mb, a是伽罗华域GF (2P)的本原元，a相应函数值为f(a );及LDPC校验矩阵信息传输子步骤应用ARQ握手协议，信宿将前两个子步骤产生的LDPC校验矩阵信息广播给每个信源，每个信源存储需要接收信源信息的索引。
3.如权利要求1所述的协同编码的通信方法，其特征在于，所述方法还包括解码步骤信宿用误差反向传播对接收到的信息进行解码。
4.如权利要求1所述的协同编码的通信方法，其特征在于，所述广播步骤包括判断子步骤判断是否所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息，是则进行下一步骤，否则重复上一步骤；及发送接收子步骤每个信源经过正交的信道发送信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包。
5.如权利要求1所述的协同编码的通信方法，其特征在于，所述中继包R’a)包括数据部分和携带有误码的信源索引的包头部分。
6.一种适用于如权利要求1所述方法的协同编码的通信系统，其特征在于，所述系统包括由一个信宿组成的信宿端生成并将LDPC校验矩阵信息广播给每个信源 '及由多个信源组成的信源端所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息后，每个信源经过正交的信道发送信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包，且每个信源将正确接收的信源信息逐比特异或，并将计算得到的中继包R’(i)发送到信宿。
7.如权利要求6所述的协同编码的通信系统，其特征在于，所述信宿端包括初始化模块，所述初始化模块包括基校验矩阵获得子模块随机产生一个mbXmb的矩阵H1，进而得到基校验矩阵Hb =[H1, HJ，其中mb是m的因子，Hr是单位矩阵；LDPC校验矩阵获得子模块将H1中的非零元素扩展成LXL子矩阵Ji (i, j)，H,中的非零元素扩展成LX L的单位矩阵，其余的零元素全部扩展成LX L的零矩阵，进而得到一个mX2m的LDPC校验矩阵，其中，LXL子矩阵π (i, j)表示为第k行第fU1 · (aJ)k)列的元素为I，其他元素为0,0彡L-l, L = m/mb, α是伽罗华域GF (2Ρ)的本原元，α相应函数值为f(a );及LDPC校验矩阵信息传输子模块应用ARQ握手协议，信宿将前两个子步骤产生的LDPC校验矩阵信息广播给每个信源，每个信源存储需要接收信源信息的索引。
8.如权利要求6所述的协同编码的通信系统，其特征在于，信宿端还包括解码模块信宿用误差反向传播对接收到的信息进行解码。
9.如权利要求6所述的协同编码的通信系统，其特征在于，信源端包括广播模块，所述广播模块包括判断子模块判断是否所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息，是则进行下一步骤，否则重复上一步骤；及发送接收子模块每个信源经过正交的信道发送信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包。
10.如权利要求6所述的协同编码的通信系统，其特征在于，所述中继包R’(i)包括数据部分和携带有误码的信源索引的包头部分。
全文摘要
本发明实施例公开了一种协同编码的通信方法及系统，所述方法包括初始化步骤信宿生成并将LDPC校验矩阵信息广播给每个信源；广播步骤所有信源都接收到LDPC校验矩阵信息后，每个信源经过正交的信道发送信息包到信宿，同时，其余信源接收所述LDPC校验矩阵信息对应指定的信源信息包；及中继步骤每个信源将正确接收的信源信息逐比特异或，并将计算得到的中继包R'(i)发送到信宿。本发明实施例的协同编码的通信方法及系统通过开始通信之前预先生成并将LDPC校验矩阵信息广播给每个信源，每个信源都获得并存储需要接收信源信息的索引，进而达到了系统性能好，误码率低的技术效果。
文档编号H04L1/00GK103067136SQ20131001114
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者殷柳国, 张凯斌, 陆建华 申请人:深圳清华大学研究院