一种基于极化码的网络编码协作通信方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于极化码的网络编码协作通信方法，属于网络编码【技术领域】。本发明包括下列步骤：构造极化码生成矩阵GP，基于网络的中继节点数目和用户个数设置极化码参数N，K，其中，N表示码字长度，K表示信息位长度，再基于N，K构造极化码生成矩阵GP，该矩阵GP的每列对应一个中继节点，每一行对应一个用户；各中继节点基于矩阵GP接收对应用户所发送的信息：当矩阵GP第j列第i行为“1”时，则与第j列对应的中继节点接收与第i行所对应的用户发送的消息；各中继节点对接收的消息进行二元域加法处理后，向接收端发送；接收端将接收的N个中继消息rj按序排列构成极化码码字，执行极化码译码处理。本发明用于网络编码，能降低传输差错率，提高网络传输稳定性。
【专利说明】一种基于极化码的网络编码协作通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及网络编码的网络协作通信，具体涉及一种基于极化码的网络编码协作通信方法。
【背景技术】
[0002]在网络的研究中常常使用有向图来表示通信网络的结构，利用图论理论中的“最小割最大流”定理可知，这个图(通信网络)可以传输的最大流量也就是这个图的最小割。可是传统的网络中继存储转发的方式不能满足这一点的实现。而在通信网络中采用网络编码技术，也就是在中继节点处对信息进行编码再转发的技术，在接收端，各个目的节点按照编码规则通过一定方法译出所需信息，就能够极大程度提高网络的传输速率，减少对信道的使用次数，更加充分高效的利用了通信网络的链路资源，最终实现了图论中理论可实现的最大信息传输速率上限。
[0003]在通信网络中采用网络编码技术，一方面可以提高信息传输速率，帮助达到通信网络的网络容量；另一方面，网络编码技术也在降低网络总体能量消耗与负载均衡等很多【技术领域】有着不容忽视的作用，很大程度上改善了通信系统的整体性能。但是，当前已有的网络编码方式在传输差错率，传输稳定性上还存在一定的缺陷，不能较好的满足实际工程应用需求。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的在于:将用于信道纠错的极化码应用到网络编码协作通信中，提供一种基于极化码的网络编码协作通信方法，以降低网络编码协作通信过中的信道传输差错率，提高网络传输稳定性。
[0005]本发明的基于极化码的网络编码协作通信方法，包括下列步骤:
[0006]步骤1:构造极化码生成矩阵Gp:
[0007]确定加极化码参数N，K，其中，N表示码字长度，K表示信息位长度:
[0008]所述极化码参数N大于或等于用户个数m且小于网络提供的中继节点数目的最小值，并且N = 2η，η为正整数；
[0009]所述极化码参数K等于用户个数m ；
[0010]并且用户个数m小于或等于当前网络的中继节点数目；
[0011 ] 基于所述极化码参数N，K构造极化码生成矩阵GP，所述矩阵Gp的每列对应一个中继节点，每一行对应一个用户；
[0012]步骤2:各中继节点基于矩阵Gp接收对应用户所发送的信息:当矩阵Gp第j列第i行为“I”时，则与第j列对应的中继节点接收与第i行所对应的用户发送的消息；
[0013]步骤3:各中继节点对接收的消息进行二元域加法处理后，向接收端发送；
[0014]步骤4:接收端将接收的各中继节点的中继消息按顺序排列N个中继消息r」构成极化码码字，执行极化码译码处理。[0015]本发明通过利用极化码的纠错特性和网络传输的分集增益，将极化码灵活地运用到网络编码协作传输中，降低了网络信道传输差错率，提高了网络传输稳定性，并且在网络接收端通过一次译码就能获得所有用户发送的信息，无需再进行模二加运算。避免了因为某一路译码错误经模二加运算造成的错误传播。
[0016]进一步的，为了实现传输资源的节省，可以考虑如下措施来节省网络传输资源，其一是:在所述生成矩阵Gp的第I列中，若有且仅有第i行的元素为“1”，则将第i行所对应的用户直接与接收端相连，在当前网络中取消与第I列所对应的中继节点，让用户直接向接收端发送消息，并在接收端执行极化码译码处理时，将来自于的用户i的发送消息设置为对应于中继节点R1的中继消息h ;其二是:在所述生成矩阵Gp中，若第s列与第t列的元素相同，则在当前网络中取消中继节点Rs (中继节点Rs为生成矩阵Gp的第s列所对应的中继节点，所述中继节点Rt为生成矩阵Gp的第t列所对应的中继节点，取消的中继节点可从中继节点Rs与Rt可任意选取，通常是根据信道状况或其他实际情况进行选择，例如考虑其信道比，将信道比较差的取消掉；或者是考虑中继节点的传输距离，将传输距离较长的取消掉);则在接收端执行极化码译码处理时，设置对应于中继节点Rs的中继消息rs等于对应中继节点Rt的中继消息rt。上述两种方式既可以单独采取，也可以同时采取。
[0017]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:降低了网络信道传输差错率，提高了网络传输稳定性；同时还能根据实际应用需求对传输资源进行优化。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是网络连接示意图；
[0019]图2是实施例1的网络连接示意图；
[0020]图3是实施例1优化资源处理后的网络连接示意图；
[0021]图4是实施例2的网络连接示意图；
[0022]图5是实施例2优化资源处理后的网络连接示意图；
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。
[0024]本发明是将用于信道纠错的极化码应用到网络编码协作通信中，其关键在于如何根据网络的实际通信需求，来设置极化码参数(N，K)，即码字长度和信息位长度，对于一个有m个用户的网络，应用本发明的基于极化码的网络编码协作通信方法的前提条件为，网络中的中继节点数目不小于用户数目，本方案中，由于每个用户分得消息向量的一个分量用于传输自己的数据，则对于m个用户来说，设置极化码参数K = m，而码字长度N则对应该网络所需的中继节点数目，对于码码字长度N的选取，如果从节省资源的角度考虑，可以选择一个整数N使其满足N = 2η，η为正整数且NSm (当等号成立时无纠错能力)且N小于网络所需的节点数目的最小值；如对纠错性能要求较高，N的值可以选择网络所需的中继节点数目的最大值。当确定参数(Ν，Κ)以后，按照现有的关于极化码的生成矩阵的构造方法，构造本发明的极化码生成矩阵GP，主要包括下列步骤:[0025](I)由基础矩阵
【权利要求】
1.一种基于极化码的网络编码协作通信方法，其特征在于，包括下列步骤: 步骤1:构造极化码生成矩阵Gp: 确定加极化码参数N，K，其中，N表示码字长度，K表示信息位长度: 所述极化码参数N大于或等于用户个数m且小于网络需求中继节点数目的最小值，并且N= 2η，η为正整数； 所述极化码参数K等于用户个数m ； 并且用户个数m小于或等于当前网络的中继节点数目； 基于所述极化码参数N，K构造极化码生成矩阵GP，所述矩阵Gp的每列对应一个中继节点，每一行对应一个用户； 步骤2:各中继节点基于矩阵Gp接收对应用户所发送的信息:当矩阵Gp第j列第i行为“I”时，则与第j列对应的中继节点接收与第i行所对应的用户发送的消息； 步骤3:各中继节点对接收的消息进行二元域加法处理后，向接收端发送； 步骤4:接收端将接收的各中继节点的中继消息按顺序排列N个中继消息&构成极化码码字，执行极化码译码处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极化码参数N为网络需求中继节点数目的最大值，且N = 2η，η为正整数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I中，在所述生成矩阵Gp的第I列中，若有且仅有第r行的元素为“ I ”，则将第i行所对应的用户i直接与接收端相连，在当前网络中取消与第I列所对应的中继节点R1 ； 则在所述步骤4中，在极化码译码处理时，将来自于的用户i的发送消息设置为对应于中继节点R1的中继消息η。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤I中，在所述生成矩阵Gp中，若第s列与第t列的元素相同，则在当前网络中取消中继节点Rs ； 则在所述步骤4中，在极化码译码处理时，设置对应于中继节点Rs的中继消息rs等于对应中继节点Rt的中继消息rt ； 所述中继节点Rs为生成矩阵Gp的第s列所对应的中继节点，所述中继节点Rt为生成矩阵Gp的第t列所对应的中继节点。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述被取消的中继节点Rs为中继节点Rs和Rt中，用户与中继和/或中继与接收端的传输距离较长的中继节点； 或者所述被取消的中继节点Rs为中继节点Rs和Rt中信道比较差的中继节点。
【文档编号】H04L1/00GK103916220SQ201410152016
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】刘强, 史治平, 李超 申请人:电子科技大学