一种网络编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种网络编码方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的迅猛发展，提升通信的可靠性与有效性成为无线技术领域的 重要研宄方向。中继技术可以提升系统的带宽利用率，但是会导致频谱效率的降低，而网络 编码技术的引入可以弥补该项损失。
[0003] 网络编码技术的核心思想是利用网络节点对传输的信息进行操作和处理。不同于 现有路由机制中网络节点只能以存储和转发的方式对信息进行传输，网络编码技术中允许 网络节点按照合适的方式对网络信息进行编码处理，且基于该方式的组播传输可以实现理 论上的最大流量传输。网络编码技术最初的提出旨在提高无损有线网络的吞吐量，但近年 来，越来越多的研宄者将网络编码的思想应用在无线中继协作场景中，可以同时获得分集 增益、编码增益以及吞吐量的提升。
[0004] 根据网络编码在网络协议栈中应用的位置不同可以将网络编码进行分类，其中物 理层网络编码（physical-layernetworkcoding,PNC)是指在物理层上对信息进行的操 作，其利用同时到达的电磁波本身具备的相加属性进行类似于网络层的编码，可以有效地 增加网络的吞吐量，在无线中继网络中获得了普遍应用。将物理层网络编码技术应用于采 用二进制相移键控（BPSK)调制信号的多向中继信道场景，对于具有N个用户节点并通过一 个中继进行信息交互的网络，一种新型检测路由转发的现有路由方案在理论上可以达到的 平均系统吞吐量为2/3N符号/信源/信道。
[0005] 现有路由方案由于在中继处基于所有同时向中继发送符号的节点进行叠加，所以 当有N个节点的时候，会存在N+1种可能的叠加结果，即需要基于多电平幅度调制进行信息 符号的解调，计算复杂度高。并且这种情况随着用户节点数的增多，系统的可靠性会显著降 低，所以导致实际的网络吞吐量将远低于理论吞吐量。
[0006] 综上，亟需一种复杂度低且可靠性高的网络编码方法以解决上述问题。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种低复杂度且高可靠性的网络编 码方法。
[0008] 为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种网络编码方法，包括以下步 骤，步骤一、将用户节点群中的节点两两配对得到多组用户节点对，并按组依次向中继节点 发送信息符号；步骤二、根据接收到的每组信息符号的叠加结果来判断是否能够确定该用 户节点对的每个用户节点的信息符号，其中，从每组不能确定信息符号的用户节点对中选 取一个用户节点重新构成用户节点群并返回步骤一，直至确定用户节点群的所有节点的信 息符号。
[0009] 优选地，在将用户节点群中的节点两两配对之前，对用户节点进行编号，并将所述 用户节点的编号信息在每个用户节点和中继节点处进行存储。
[0010] 优选地，将每组信息符号的叠加结果与设定阈值进行比较，其中，当所述信息符号 的叠加结果为第一设定阈值或者第二设定阈值时，则判断为能够确定该用户节点对的每个 用户节点的信息符号；当所述信息符号的叠加结果为第三设定阈值时，则判断为不能确定 该用户节点对的每个用户节点的信息符号。
[0011] 优选地，当所述用户节点和中继节点之间的信道存在加性高斯白噪声时，根据如 下步骤对信息符号的叠加结果进行判断：将每组信息符号的叠加结果与设定判决门限值进 行比较，其中，当所述信息符号的叠加结果小于第一设定判决门限值或者大于第二设定判 决门限值时，则判断为能够确定该用户节点对的每个用户节点的信息符号；当所述信息符 号的叠加结果位于第一设定判决门限值和第二设定判决门限值之间时，则判断为不能确定 该用户节点对的每个用户节点的信息符号。
[0012] 优选地，采用低密度校验码的方式对所述存在加性高斯白噪声的信道进行编码。
[0013] 优选地，中继节点按照三电平脉冲幅度调制的方式对用户节点对发送的信息符号 的叠加结果进行硬判决。
[0014] 优选地，用户节点按照三电平脉冲幅度调制的方式根据叠加结果确定每个用户节 点的信息符号。
[0015] 优选地，配对的用户节点对和中继节点交替发送信息符号，其中，一组配对的用户 节点对中的两个用户节点占用一个时隙同步向中继节点发送信息符号；中继节点在接收到 信息符号后占用接下来的一个时隙将所述信息符号的叠加结果广播至用户节点群中的所 有用户节点。
[0016] 与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效 果：
[0017] 通过采用将多向中继信道场景中的用户节点两两配对与中继节点进行信息交互 的网络编码操作，有效地提高了多向中继通信网络的平均系统吞吐量以及传输性能。同时 由于按照三电平脉冲幅度调制的方式对叠加结果进行判决以及解调信息符号，使网络编码 操作的复杂度得以降低，可靠性得以进一步增强。且该方法在用户节点数目增多时可以表 现出更显著的效果。
[0018] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在 说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。
【附图说明】
[0019] 附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的 一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方 案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
[0020] 图1为本申请实施例的网络模型的结构示意图；
[0021] 图2为本申请实施例的网络编码方法的流程示意图；
[0022] 图3为对存在加性尚斯白噪声的彳目道进行判决时的判决域不意图；
[0023] 图4为分别对本申请实施例的方法与现有方法进行仿真得到的不同用户数下平 均所需总信道数的对比示意图；
[0024] 图5为分别对本申请实施例的方法与现有方法进行仿真得到的误码率对比示意 图，其中图5(a)为未采用LDPC信道编码时对加性高斯白噪声信道的仿真，图5(b)为采用 LDPC信道编码时对加性高斯白噪声信道的仿真。
【具体实施方式】
[0025] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用 技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申 请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案 均在本发明的保护范围之内。
[0026]另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统 中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的 顺序执行所示出或描述的步骤。
[0027] 对于出现在本申请中的一些领域内常用语进行如下解释：
[0028] 平均所需总信道数：传输性能统计评价指标，所有用户正确传输信息符号时所占 用的总的信道数目。
[0029] 平均系统吞吐量：传输性能统计评价指标，每个信道下每个用户正确传输的符号 数，平均系统吞吐量=总的正确传输的符号数八用户数*平均所需总信道数）。
[0030] 图1为本申请实施例的网络模型的结构示意图，图2为本申请实施例的网络编码 方法的流程示意图，下面参考图1和图2对本申请实施例的网络编码方法的具体步骤进行 说明。
[0031] 本申请实施例的方法基于一种多向中继无线网络模型建立。如图1所示，该网络 由N个用户节点（SpS2，…，SN)和一个中继节点R构成，且任何两个用户节点之间不存在直 连链路。通信的目标是使每一个用户节点最终都能获知其他用户节点发送的信息，所以每 个用户节点的信息必须通过上行链路送达中继节点R，再由中继节点R通过下行链路广播 至每个用户节点，以完成所有用户节点间的信息交互。假设各用户节点发送的信息可以实 现理想的时间同步，且系统以半双工的方式进行通信。
[0032] 如图2所示，本申请实施例的网络编码方法包括如下步骤：
[0033] 步骤S210、将用户节点群中的节点两两配对得到多组用户节点对，并按组依次向 中继节点发送信息符号。
[0034] 步骤S220、根据接收到的每组信息符号的叠加结果来判断是否能够确定该用户节 点对的每个用户节点的信息符号；
[0035] 步骤S230、从每组不能确定信息符号的用户节点对中选取一个用户节点重新构成 用户节点群并返回步骤S210,直至确定用户节点群的所有节点的信息符号。
[0036] 具体的，先对网络中的每个用户节点（所有用户节点构成用户节点群）进行编号 和排序。例如在图1中，将节点分别编号为（Si，s2，…，SN)，同时将记录各节点信息的编号表 在每个用户节点以及中继节点处进行存储。为了后续操作的方便，编号表可以按照一定的 顺序进行存储。举例而言，将包含N个用户节点的编号表按照1到N的升序进行存储。各 用户节点通过查询统一的编号表可以获得用户节点群中的所有用户节点的配对信息，并根 据网络编码操作的时序要求确定每个时隙的动作情况，即是发送信息符号还是接收信息符 号，并最终根据接收到的中继节点的广播结果得到其他用户节点发送的信息符号。采用顺 序标号可以使上述过程具有规律性，且更易于实现。
[0037] 进一步地，在对用户节点进行两两配对时，对配对的组合方式不做任何限定。在 本申请的一个实施例中，采用相邻配对的原则，即每两个编号相邻的用户节点分为一组。 这种配对方式可以使得多级网络编码操作更具规律性。举例而言，用Iter表示网络编码 操作的级数，CItOT表示进行第Iter级网络编码操作的用户节点群，MIte表示进行第Iter 级网络编码操作的用户节点群中的用户节点数目，并用表示用户节点群中的第k个 用户节点，且ke[l，MItM]。则相邻配对方式中每对用户节点可以记为且 /e[l, [Mfc72」]，其中/2」表示取不大于MIto/2的最大整