一种用于无线中继通信的协同数据传输方法
【专利摘要】一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，包括操作步骤：(1)源节点按照设定的编码方法生成编码符号，然后广播到与其相联的若干个中继节点；(2)任意一个中继节点收集到足够的编码符号后，按照设定的译码方法恢复出设定个数的信源符号，通知并协助源节点向目的节点发送编码符号；(3)如果有设定个数的中继节点已经收集到足够的编码符号并开始协助源节点向目的节点发送编码符号，则源节点停止广播编码符号；(4)目的节点译码出信源符号序列并通知中继节点，然后中继节点再通知源节点。本发明的方法实现了更快的数据传输。
【专利说明】一种用于无线中继通信的协同数据传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，属于无线通信技术领 域，特别是属于数字喷泉码编译码【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 在无线中继网络中，协同通信即由若干个中继节点协同工作，协助源节点把信息 传送到目的节点。协同通信增强了通信的吞吐率，链路的可靠性，减少能源消耗，并扩大了 无线网络的覆盖范围。
[0003] 目前一些协同通信的解决方案中，使用反馈机制来动态调整发送的信号，从而优 化接收到的信号，然而这样的方案需要大量的反馈消息，影响了系统的吞吐率。如果使用喷 泉编码，则能够在不需要反馈机制的基础上，让传输速度适应当前信道的实时状态。喷泉编 码是一种稀疏图编码，解决了很多前向纠错码的复杂的编解码计算问题。卢比（Luby)编码 (M. Luby, LT Codes, In Proceeding of the ACM Symposium on Foundations of Computer Science, Vancouver, BC, CA, November2002)是第一个通用的喷泉编码，已经被广泛使用。然 而在目前的协同通信中使用喷泉编码时，使用"全部译码-前转"的方法，即中继节点需要 译码出所有的信源符号序列之后才能协助源节点给目的节点发送数据，然而这种"全部译 码-前转"的方法没有发挥出多个中继节点协同通信的优势，实际上当有多个中继节点参与 协同通信时，并不需要中继节点译码出所有的信源符号序列，但如何实现这种不完整译码 的"部分译码-前转"的协同通信，成为目前无线通信【技术领域】急需解决的一个技术难题。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的是发明一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，解 决中继节点只需要译码出部分信源符号序列之后即可协助源节点给目的节点发送数据的 技术难题，实现比传统方式更快速的数据传输的目标。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提出了一种用于无线中继通信的协同数据传输方法， 包括下列操作步骤：
[0006] (1)源节点把要发送的原始数据分割成k个大小相同的原始包，原始包又称为信 源符号，k为自然数，表示信源符号的长度，构造信源符号序列S = [Sl，s2, . . .，sk]，其中Si 表示第i个信源符号，i为不大于k的自然数；源节点根据信源符号序列并按照设定的编码 方法生成编码符号，然后广播到与其相联的若干个中继节点；
[0007] (2)与所述源节点相联的任意一个中继节点收集到足够的编码符号后，按照设定 的译码方法恢复出设定个数k-w个信源符号；其中w为小于k的自然数；
[0008] (3)该上述中继节点通知源节点其已经收集到足够的编码符号；
[0009] (4)该上述中继节点开始协助所述的源节点向目的节点发送编码符号；
[0010] (5)如果有设定个数h个中继节点已经收集到足够的编码符号并开始协助所述的 源节点向目的节点发送编码符号，则源节点停止广播编码符号；其中h为自然数；
[0011] (6)所述的目的节点收到足够的编码符号并按照设定的译码方法译码出所述的信 源符号序列S ;
[0012] (7)所述的目的节点分别通知前面所述的向其发送编码符号的中继节点其已经译 码出所述的信源符号序列S ;
[0013] (8)与所述源节点相联的所述的中继节点通知源节点目的节点已经译码出所述的 信源符号序列S。
[0014] 所述的设定的编码方法和译码方法可以是喷泉编码和译码方法。
[0015] 所述的步骤（2)中w的取值一般设置为所述信源符号长度k值的0. 2倍；
[0016] 所述的步骤（5)中中继节点的设定个数h的取值，满足关系式
【权利要求】
1. 一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，其特征在于：所述方法包括下列操作 步骤： (1) 源节点把要发送的原始数据分割成k个大小相同的原始包，原始包又称为信源符 号，k为自然数，表示信源符号的长度，构造信源符号序列S = [Sl，s2, . . .，sk]，其中Si表示 第i个信源符号，i为不大于k的自然数；源节点根据信源符号序列并按照设定的编码方法 生成编码符号，然后广播到与其相联的若干个中继节点； (2) 与所述源节点相联的任意一个中继节点收集到足够的编码符号后，按照设定的译 码方法恢复出设定个数k-w个信源符号；其中w为小于k的自然数； (3) 该上述中继节点通知源节点其已经收集到足够的编码符号； (4) 该上述中继节点开始协助所述的源节点向目的节点发送编码符号； (5) 如果有设定个数h个中继节点已经收集到足够的编码符号并开始协助所述的源节 点向目的节点发送编码符号，则源节点停止广播编码符号；其中h为自然数； (6) 所述的目的节点收到足够的编码符号并按照设定的译码方法译码出所述的信源符 号序列S ; (7) 所述的目的节点分别通知前面所述的向其发送编码符号的中继节点其已经译码出 所述的信源符号序列S ; (8) 与所述源节点相联的所述的中继节点通知源节点目的节点已经译码出所述的信源 符号序列S。
2. 根据权利要求1所述的一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，其特征在于： 所述的设定的编码方法和译码方法可以是喷泉编码和译码方法。
3. 根据权利要求1所述的一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，其特征在于： 所述的步骤（2)中w的取值一般设置为所述信源符号长度k值的0. 2倍。
4. 根据权利要求1所述的一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，其特征在于： 所述的步骤（5)中中继节点的设定个数h的取值，满足关系式
其中一般设置δ =0· 01。
5. 根据权利要求1所述的一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，其特征在于： 所述的步骤（1)中所述的设定的编码方法是基于波纹大小变化的喷泉编码方法，其具体内 容包括如下操作步骤： (11)计算编码度分布函数p (d)，其中d为自然数，d= 1，2,3，...4，具体计算过程包 括如下子步骤： (1101)按照下式计算波纹大小应该保持的值R(L)， R(L) = b1L2+b2L+b3, L = w+1, ···, k 上式中，L是一个自然数，表示在译码过程中还未成功译码的信源符号的个数；所述的 波纹是指译码过程中未被处理的编码度数为1的编码符号的集合，编码度数为1的编码符 号即是信源符号；波纹大小变化的过程可用一个对称的一维随机漫步模型表示，即波纹大 小在每次译码步骤中，要么加一，要么减一，通过二项式拟合来动态的获取波纹大小的值， 其中bp b2、b3是通过二项式拟合计算得出的常数； (1102) 按照下式计算当k-L个信源符号被译码成功时应该释放的信源符号的数量 Q(L),
(1103) 按照下式计算当L个信源符号还未译码成功，所述波纹大小为R时，一个编码度 数为d的编码符号被释放并且能够加入到波纹中的概率q(d，L，R)，
(1104) 通过最小非负二乘法求解如下线性方程组，求解出编码度分布函数p (d)，
上述方程组中P是一个由所述概率q(d，L，R)构造的矩阵，具体定义如下：
上述方程组中，Μ表示所需要的编码符号的数量； (12)对步骤（1)所述的信源符号序列S = [Sl，s2, . . .，sk]进行喷泉编码，得到喷泉编 码序列V = [Vu v2,...]，其中，编码符号vi (i = 1，2,...）的实现步骤如下： (1201) 按照步骤（11)计算出的编码度分布函数P (d)，根据所述的分布函数P (d)随 机生成一个非负整数屯，将屯作为编码符号Vi的编码度； (1202) 从k个信源符号中随机选取屯个不同的信源符号； (1203) 对所述的屯个不同的信源符号进行异或运算，得到编码符号Vi。
6.根据权利要求1或5所述的一种用于无线中继通信的协同数据传输方法，其特征在 于：所述的设定的译码方法的内容是包括如下操作步骤： (21) 从所述的波纹中选择一个信源符号，并从所述的波纹中移除该信源符号； (22) 针对每一个编码符号，如果所述的信源符号是该编码符号的邻居符号，则该编码 符号的编码度数减一，且移除所述的信源符号作为所述的编码符号的邻居符号； (23) 如果所述的编码符号的编码度数减一后的值为1，则表示成功译码出一个信源符 号；如果所译码出的该信源符号未出现在所述的波纹中，则把该信源符号加入到所述的波 纹中；如果所有的信源符号都被成功译出，则译码成功，译码过程结束，否则转步骤（24); (24)如果在译码完成之前，所述的波纹变为空集，则表示译码失败，译码过程结束；否 则转步骤（21)。
【文档编号】H04L1/00GK104104474SQ201410320887
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】廖建新, 张 成, 张磊, 张乐剑, 王纯, 樊利民 申请人:北京邮电大学