专利名称：双向中继系统中数据包的处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数据通讯领域，更具体地说，涉及一种双向中继系统中数据包的处理方法及装置。
背景技术：
在数据双向中继通讯(特别是微波双向中继通讯)中，一个中继节点同时接收来自其相邻的两个节点(一个是第一节点，另一个是第二节点)发送的数据，并将第一节点发送来的数据发送到第二节点，同时将第二节点发送来的数据发送到第一节点。图1示出了一种双向中继系统的节点示意图，在图ι中，节点Ni、队分别是第一节点和第二节点，而节点N3是中继节点；第一节点和第二节点分别同步发送数据到上述第三节点，而第三节点分别将任意一个节点发送的数据转发到对方节点。上述第一、第二节点发送的中继节点的两个信号叠加并与中继节点的噪声混合在一起，形成中继节点接收到的信号；在中继节点转发数据的时候，需要对转发的数据进行解码，再次编码并转发的处理过程。在该过程中， 另一个节点发来的数据被认为是噪声，故目标信号的信号噪声干扰比(SINR)变小，性能变差。例如，在转发由第一节点发来的数据到第二节点时，需要先从接收信号中解码出第一节点信号(第二节点信号为干扰信号，当做噪声处理)。当第一节点信号解码之后，再将其从接收信号减去，来解码第二节点发送来的信号。之后对这两个信号使用网络编码并转发。这种方法要求将信号分别正确解码，这必然会降低信号的编码速率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在中继节点上需要完全解码、编码速率较低缺陷，提供一种在中继节点上不需要完全解码、编码速率较高的双向中继系统中数据包的处理方法及装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种双向中继系统中数据包的处理方法，包括如下步骤
A)第一节点和第二节点分别对其需要发送到对方的信息编码，并以数据帧的形式同步发送到中继节点；
B)所述中继节点接收由上述第一节点、第二节点发送的数据帧及中继节点噪声混合而成的混合信号数据帧；
C)所述中继节点对所述混合信号数据帧内容按数据位逐一地、根据编码冗余信息进行处理，依据所述处理的结果，得到中间信号数据帧；
D)分别发送所述中间信号数据帧到所述第一节点和第二节点； E)所述第一节点和第二节点分别接收所述中间信号数据帧，并将其减去本节点发出的相应数据帧，得到对方节点发送给本节点的数据帧。在本发明所述的双向中继系统中数据包的处理方法中，所述步骤C)中进一步包括如下步骤Cl)依次取得所述混合信号数据帧中内容中的每个数据位的值； C2)按照所述取得的值，计算并分别得到所述数据位上第一节点发送的数据和第二节点发送的数据的取值概率；
C3)利用第一节点和第二节点发送编码信号中的编码冗余信息，利用置信传播(Belief Propagation)算法，修正所述取值概率；
C4)将所得取值概率分别作为功率的加权值，得到中间信号的该数据位。在本发明所述的双向中继系统中数据包的处理方法中，所述步骤C2)中的取值概率包括所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别0、0的概率Pu ；所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别0、1的概率Pcm ；所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别1、0的概率Pu ；所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别 1、1的概率Pu ；所述步骤C3)中，所述第一节点和第二节点采用相同的LDPC信道编码，根据所述编码的校验矩阵，得到所述编码的冗余信息，并依据所述冗余信息对所述步骤C2)中得到的取值概率进行修正。在本发明所述的双向中继系统中数据包的处理方法中，所述步骤C3)中的按照如下方式得到所述中间信号数据帧中的每个数据位
Y= P0,0 ( + )+ Poa (H1-H2)+ Puo (- + )+ Pia (-H1-H2)； 其中，H1是表示所述第一节点到所述中继节点复合信道系数出2是表示所述第二节点到所述中继节点复合信道系数；Y是所述数据位取值。在本发明所述的双向中继系统中数据包的处理方法中，所述步骤D)进一步包括 Dl)所述第一或第二节点接收所述中继节点发出的中间信号数据帧；
D2)所述第一或第二节点取出其本身曾经发送的、存在于所接收到的中间信号数据帧中的对应的第一或第二信号数据帧；
D3)所述两个数据帧的对应的数据位相减，得到对方节点发送给本节点的数据帧并解码。在本发明所述的双向中继系统中数据包的处理方法中，所述第一、第二节点发送的数据帧中带有表示其发送时间的帧编号，所述编号在中继节点形成中间信号数据帧时不变；所述步骤D2)中，通过所述中间信号数据帧帧头携带的帧编号取出相应的第一或第二节点发出数据帧。在本发明所述的双向中继系统中数据包的处理方法中，所述中继节点在收到第一、第二节点发送的数据帧后指定时间发出所述中间信号数据帧，所述步骤D2)中，通过取得指定时间前发送的最近一个数据帧取出相应的第一或第二节点发出的数据帧。本发明还涉及一种双向中继系统中数据包的处理装置，包括
编码及数据帧模块用于在第一节点和第二节点分别对其需要发送到对方的信息编码，并以数据帧的形式同步发送到中继节点；
混合信号接收模块用于在所述中继节点接收由上述第一节点、第二节点发送的数据帧及中继节点噪声混合而成的混合信号数据帧；
中间信号形成模块用于在所述中继节点对所述混合信号数据帧内容按数据位逐一进行处理，得到中间信号数据帧；
中间信号发送模块用于分别发送所述中间信号数据帧到所述第一节点和第二节点；
中间信号处理及解码模块用于在所述第一节点和第二节点分别接收所述中间信号数据帧，并将其减去本节点发出的相应数据帧，得到对方节点发送给本节点的数据帧。在本发明所述的双向中继系统中数据包的处理装置中，所述中间信号取得模块进一步包括
取值概率取得单元用于依次取得所述混合信号数据帧中内容中的每个数据位的值；按照所述取得的值，计算并分别得到所述数据位上第一节点发送的数据和第二节点发送的数据的取值概率；并依据由所述编码校验矩阵而得到的编码冗余信息对所述得到的取值概率进行修正；
中间信号形成单元将所述取值概率分别作为功率的加权值，得到中间信号的该数据位；所述中间信号形成单元按照如下方式得到所述中间信号数据帧中的每个数据位 Y= Ρο,ο ( + )+ Poa (HfH2)+ Puo (- + )+ Pia (-H1-H2)； 其中，H1是表示所述第一节点到所述中继节点复合通道系数的稀疏校验矩阵出2是表示所述第二节点到所述中继节点复合通道系数的稀疏校验矩阵。在本发明所述的双向中继系统中数据包的处理装置中，所述编码及数据帧模块进一步包括用于在所述数据帧帧头中设置表示其发送时间的帧编号的帧编号产生单元。实施本发明的双向中继系统中数据包的处理方法及装置，具有以下有益效果由于在中继节点上，仅对其接收到的混合信号进行数据位取值的概率计算，并将计算结果作为构成转发出去中间信号的依据；不需要分别单独计算第一或第二的转发信号。所以，其在中继节点上不需要完全解码、编码的速率较高。
图1是一种双向中继系统的节点结构示意图。图2是本发明双向中继系统中数据包的处理方法及装置实施例方法流程图； 图3是所述实施例中每个变量节点的编码冗余信息相关示意图4是所述实施例中装置的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。如图1所示，在本发明双向中继系统中数据包的处理方法及装置实施例中，对于数据包的处理包括如下步骤
步骤Sll发送数据帧到中继节点在本步骤中，第一节点和第二节点分别将本节点中要发送到对方(第二节点或第一节点)的数据发送到中继节点。这些数据分别以数据帧的形式同步发送到上述中继节点，同时这些数据是在上述第一节点或第二节点中通过BPSK/ QPSK调制后，以数据位的形式填充到上述数据帧中的。这些数据帧同时由上述第一节点和第二节点发送到中继节点。步骤S12接收，得到混合信号在本步骤中，中继节点接收上述第一节点和第二节点发送的数据帧。由于上述第一节点和第二节点在发送数据帧时是同步的，同时，设在一个数据帧发送期间各节点之间的复合通道系数(该系数表示了节点之间的传输特性)是不变的，所以，在本实施例中，上述中继节点接收到的混合信号可以表示为％= + +%， 其中，H1是表示第一节点到中继节点的复合通道系数，H2是表示第二节点到中继节点的复合通道系数A1是第一节点上通过调制后发送到中继节点的数据，X2是第二节点上通过调制后发送到中继节点的数据；w3是中继节点的噪声，该噪声为包括了其他噪声的表现在中继节点接收时的噪声。步骤S13按位取出，计算取值概率在本步骤中，由于上述第一节点和第二节点发送到中继节点的数据是以帧的形式同步发出的，所在当中继节点在接收上述数据帧时， 其每个数据位上的信号值实际上是第一节点发出的、该数据位的信号值加上第二节点发出的、该数据位上的信号值再加上中继节点噪声构成的信号。该信号值既不是单独第一节点发出的，也不是单独第二节点发出的。在本实施例中，需要将上述混合信号解码后得到中间信号，再将中间信号编码后发送给上述第一节点和第二节点，使得上述第一节点和第二节点在接收到上述中间信号之后，能够由其中取得对方节点(对于第一节点而言，是第二节点；对于第二节点而言，是第一节点)发送给自己的信号，从而达到双向中继的目的。因此， 在本步骤中，至少包括了如下步骤中继节点取出上述混合信号中的每个数据位的值；计算上述每个数据位值的取值概率；以及将该取值概括作为功率的加权得到该数据位的值。 对于本实施例而言，由于每个数据位都是有两个信号的数据位混合而得，而对应于该位的第一节点发送的数据位和第二节点发送的数据位各有两种取值的可能，因此，该数据位的取值概率共有4个，分别为第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别0、0的概率P"; 所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别0、1的概率Pchl ；所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别1、0的概率Pu ；所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别1、1的概率Pu。而由于在本实施例中采用的是LDPC编码，这种编码的特点是每个数据位与其前、后的数据位具有一定的关联性，因此，在本步骤中利用上述特性计算出上述每个数据位的取值范围。在本实施例中，上述取值概率的计算如下
首先从接收信号y3计算每个变量节点(空心圆形节点)的概率P的初始值如下
尸* =(Λ.ιι，ΑΛ,Α_。’/ΙΙ)
== 0, = 0| /,), PrC^1 = O1X1 =1| J1),
= I^3 = OI Λ). P^1=Ixs = IlJ1))
if -l/l -Kl-Kl l\+ .! I',
=—expc-5-), βκρ(-5-),
β [2σ'2ff3
-I/, + ,- ,- I /, + \ι + %,|'Λ
ΑσIijj
考虑第一和第二节点都采用了相同的LDPC编码方式，我们可以将两个节点的对应bit 组成bit组(xl，x2)。这样的bit组满足下面Tanner图(即图3)所示的相互关系。即在左边的校验节点(正方形格子所代表的节点)，所有的bit组之和为(0，0)。因此，我们可以采用置信传播的解码算法，来提高每个概率的可靠性。也就是对在上述步骤中已经得到的取值概率进行进一步的修正。具体方法描述如下
a)如图3所示，图3中所有位于校验节点和变量节点(空心圆形节点)之间的边都赋值为对应变量节点的初试概率。b)对每一个校验节点，依次对每条选定的与之相连的边，根据其他相连边的概率更新其概率值。更新方法为
权利要求
1.一种双向中继系统中数据包的处理方法，其特征在于，包括如下步骤A)第一节点和第二节点分别对其需要发送到对方的信息编码，并以数据帧的形式同步发送到中继节点；B)所述中继节点接收由上述第一节点、第二节点发送的数据帧及中继节点噪声混合而成的混合信号数据帧；C)所述中继节点对所述混合信号数据帧内容按数据位逐一地、根据编码冗余信息进行处理，依据所述处理的结果，得到中间信号数据帧；D)分别发送所述中间信号数据帧到所述第一节点和第二节点； E)所述第一节点和第二节点分别接收所述中间信号数据帧，并将其减去本节点发出的相应数据帧，得到对方节点发送给本节点的数据帧。
2.根据权利要求1所述的双向中继系统中数据包的处理方法，其特征在于，所述步骤C)中进一步包括如下步骤Cl)依次取得所述混合信号数据帧中内容中的每个数据位的值； C2)按照所述取得的值，计算并分别得到所述数据位上第一节点发送的数据和第二节点发送的数据的取值概率；C3)根据第一节点和第二节点发送编码信号中的编码冗余信息，利用置信传播算法，修正所述取值概率；C4)将所得取值概率分别作为功率的加权值，得到中间信号的该数据位。
3.根据权利要求2所述的双向中继系统中数据包的处理方法，其特征在于，所述步骤 C2)中的取值概率包括所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别0、0的概率Ptl, 0 ；所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别0、1的概率Pcm ；所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别1、0的概率Pu ；所述第一节点、第二节点发送的信号中该数据位分别1、1的概率Pu ；所述步骤C3)中，所述第一节点和第二节点采用相同的LDPC 信道编码，根据所述编码的校验矩阵，得到所述编码的冗余信息，并依据所述冗余信息对所述步骤C2)中得到的取值概率进行修正。
4.根据权利要求3所述的双向中继系统中数据包的处理方法，其特征在于，所述步骤 C4)中的按照如下方式得到所述中间信号数据帧中的每个数据位Y= P0,ο ( + )+ Poa (H1-H2)+ Puo (- + )+ Pia (-H1-H2)； 其中，H1是表示所述第一节点到所述中继节点复合信道系数出2是表示所述第二节点到所述中继节点复合信道系数；Y是所述数据位取值。
5.根据权利要求4所述的双向中继系统中数据包的处理方法，其特征在于，所述步骤D)进一步包括Dl)所述第一或第二节点接收所述中继节点发出的中间信号数据帧； D2)所述第一或第二节点取出其本身曾经发送的、存在于所接收到的中间信号数据帧中的对应的第一或第二信号数据帧；D3)所述两个数据帧的对应的数据位相减，得到对方节点发送给本节点的数据帧并解码。
6.根据权利要求5所述的双向中继系统中数据包的处理方法，其特征在于，所述第一、 第二节点发送的数据帧中带有表示其发送时间的帧编号，所述编号在中继节点形成中间信号数据帧时不变；所述步骤D2)中，通过所述中间信号数据帧帧头携带的帧编号取出相应的第一或第二节点发出数据帧。
7.根据权利要求5所述的双向中继系统中数据包的处理方法，其特征在于，所述中继节点在收到第一、第二节点发送的数据帧后指定时间发出所述中间信号数据帧，所述步骤 D2)中，通过取得指定时间前发送的最近一个数据帧取出相应的第一或第二节点发出的数据帧。
8.一种双向中继系统中数据包的处理装置，其特征在于，包括编码及数据帧模块用于在第一节点和第二节点分别对其需要发送到对方的信息编码，并以数据帧的形式同步发送到中继节点；混合信号接收模块用于在所述中继节点接收由上述第一节点、第二节点发送的数据帧及中继节点噪声混合而成的混合信号数据帧；中间信号形成模块用于在所述中继节点对所述混合信号数据帧内容按数据位逐一进行处理，得到中间信号数据帧；中间信号发送模块用于分别发送所述中间信号数据帧到所述第一节点和第二节占.I— /、、、 中间信号处理及解码模块用于在所述第一节点和第二节点分别接收所述中间信号数据帧，并将其减去本节点发出的相应数据帧，得到对方节点发送给本节点的数据帧。
9.根据权利要求8所述的双向中继系统中数据包的处理装置，其特征在于，所述中间信号取得模块进一步包括取值概率取得单元用于依次取得所述混合信号数据帧中内容中的每个数据位的值；按照所述取得的值，计算并分别得到所述数据位上第一节点发送的数据和第二节点发送的数据的取值概率；并依据由所述编码校验矩阵而得到的编码冗余信息对所述得到的取值概率进行修正；中间信号形成单元将所述取值概率分别作为功率的加权值，得到中间信号的该数据位；所述中间信号形成单元按照如下方式得到所述中间信号数据帧中的每个数据位 Y= Ρο,ο ( + )+ Poa (HfH2)+ Puo (- + )+ Pia (-H1-H2)；其中，H1是表示所述第一节点到所述中继节点复合通道系数的稀疏校验矩阵出2是表示所述第二节点到所述中继节点复合通道系数的稀疏校验矩阵。
10.根据权利要求8所述的双向中继系统中数据包的处理装置，其特征在于，所述编码及数据帧模块进一步包括用于在所述数据帧帧头中设置表示其发送时间的帧编号的帧编号产生单元。
全文摘要
本发明涉及一种双向中继系统中数据包的处理方法，第一节点和第二节点分别对其需要发送到对方的信息编码，并以数据帧的形式同步发送到中继节点；所述中继节点接收混合信号数据帧；所述中继节点对所述混合信号数据帧内容按数据位逐一进行处理，并根据编码冗余进一步综合处理，得到中间信号数据帧；发送所述中间信号数据帧；所述第一节点和第二节点分别接收所述中间信号数据帧，并将其减去本节点发出的相应数据帧，得到对方节点发送给本节点的数据帧。本发明还涉及一种双向中继系统中数据包的处理装置。实施本发明的双向中继系统中数据包的处理方法及装置，具有以下有益效果在中继节点上不需要完全解码、编码的速率较高、误码率大幅度降低。
文档编号H03M13/09GK102158314SQ20111009252
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者张胜利, 李琰, 王晖 申请人:张胜利