专利名称：可变速率的软信息转发的制作方法
技术领域：
本发明涉及压缩和转发中继，其中中继节点不能对源节点转发的 信息进行解码，但是该中继节点估计该源节点可能已经发送的信息并 将该估计转发到目的地节点。
背景技术：
软信息转发需求起因于某些实际情况，所有这些实际情况的特征 在于以未知可靠性转发信息的性质。当接收的信息是通过噪声信道在 中继节点上接收的时候，当接收的信息是未编码的时候和/或当接收 的信息是以超过接收信道之能力的速率所编码的时候，会发生这种情 况。在这些情况中，把接收的软信息转换为硬信息会导致错误传播。 因此，需要中间/中继节点以概率方式直接处理接收的软信息以生成 用于重传的软信号值，并且需要在不对该信息进行解码的情况下压缩 和转发软信息的系统和方法。发明内容根据本发明的一个实施例，提供一种方法，包括从源节点向中继 节点传输二进制向量以及在该中继节点接收信号向量。该方法还包 括，通过利用概率将该信号与矩阵相乘而在该中继节点压缩该信号， 以及将来自该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度，该信号幅度 不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在该中继节点的传输功率约 束。该方法还包括，利用该中继节点将信息的估计从该源节点传输到 目的地节点。根据本发明的一个实施例，提供一种装置，包括配置用于从源节 点向中继节点传输二进制向量的传输单元，以及配置用于在该中继节
点接收信号向量的接收单元。该装置还包括配置用于通过利用扭无率将 该信号与一个矩阵相乘而在该中继节点压缩该信号的压缩单元，以及配置用于将来自该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度的转换单 元，该信号幅度不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在该中继节 点处的传输功率约束。该装置还包括，配置用于将信息的估计>^人该源 节点传输到目的地单元的传输单元。根据本发明的一个实施例，提供一种装置，包括用于从源节点向 中继节点传输二进制向量的传输装置，以及用于在该中继节点接收信 号向量的接收装置。该装置还包括，用于通过利用概率将该信号与一 个矩阵相乘而在该中继节点压缩该信号的压缩装置，以及用于将来自 该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度的转换装置，该信号幅度 不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在该中继节点处的传输功率 约束。该装置还包括，用于将信息的估计从该源节点传输到目的地节 点的传输装置。本发明的另 一 个实施例涉及中继节点，包括配置用于从源节点接 收信号向量的接收单元，以及配置用于通过利用概率将该信号与矩阵 相乘来压缩该信号的压缩单元。该中继节点还包括，配置用于^巴来自 该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度的转换单元，其中该信号 幅度不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在该中继节点处的传输 功率约束，以及配置用于将信息的估计传输到目的地节点的传输装 置。
被包含用于提供本发明的更深一层的理解并构成本说明书之一部 分的附图与解释本发明的原理的描述一起说明本发明的实施例，其 中..图1说明实现本发明的一个实施例的中继信道；图2说明用于把压缩矩阵视为图的因子图；图3说明在本发明的一个实施例中实现的步骤；以及
图4说明用于实现本发明的一个实施例的系统。
具体实施方式
以下参照本发明的优选实施例，其中在附图中说明本发明的优选 实施例的例子。本发明的实施例涉及用于在通信链的中间通信节点处 转发软信息的系统。被转发的信息是从该链中更早的节点处接收的。图1说明实现本发明的一个实施例的中继信道。正如图1所示， 该中继信道包括一个源节点102， 一个中继节点104和一个目的地节 点106。所有信息都在源节点102发起，并且必须传播到目的地节点 106。在无线信道中，把信息中继/转发到目的地节点106的中继节点 104可以听到从源节点102发送到目的地节点106的信息。正如本领 域的熟练技术人员熟知的那样，对于相同的总功耗，中继产生显著改 善的吞吐量和可靠性。基于在中继节点104执行的处理的性质，定义几种中继协议。具 体地，解码和转发协议被定义为，中继节点104对其接收的信号进行 解码，然后传输根据解码的信息导出的信号。同样，放大和转发协议 被定义为，中继节点104按比例缩放从源节点102那里接收的软信 号，然后将其重发到目的地节点106。同样，压缩和转发协议被定义 为，中继节点104不能对接收的信号进行解码，但是中继节点104估 计源节点102可能已经发送的信息，并且向目的地节点106转发该估 计。正如本领域的熟练技术人员熟知的那样，压缩和转发协议也称为 估计和转发协议或量化和转发协议。在某些种类的情况中，压缩和转发中继产生所有协议均能实现的 最高速率。例如，如果源节点102和中继节点104之间的链路的噪声 变异比源节点102和目的地节点106之间的链路的噪声变异稍差，则 对比来自中继节点104的信息，目的地节点106将能够以更高的可靠 性对来自源节点102的信息进行解码。因此，中继节点104对信息进 行解码，然后向目的地节点106发送经过解码的信息是没有用的。然 而，如果正如在最大比率合并器中实现的那样，可以将在中继节点 104接收的软信息和在目的地节点的信息进行组合，则解码性能无疑 能够得到改善。放大和转发协议试图通过使中继节点104放大接收的 信号并向目的地节点106转发经过放大的信号来达到这个目标。当中 继节点104和目的地节点106之间的链路没有噪声时，则放大和转发 协议是最佳的。然而，当中继节点104和目的地节点106之间的链路 有噪声时，则存在与传输到目的地节点106的信息量有关的成本，因 此，对转发到目的地节点106的信息量进行控制是有用的。因此，在 压缩和转发协议中，从中继节点104向目的地节点106发送压缩版本 的软信息，而不是像在放大和转发协议中那样发送所有软信息。在本发明的一个实施例中，如果源节点102传输二进制信息向量其中；,"0,1} (公式l) 所采用的形式为BPSK信号向量X = hxy.jcj ，其中a = 2;, — 1 ( 7>式2 )在中继接收的信号向量是以以下形式y = h;v.odr,其中yi-Xi+ni;i^，2,…m，(公式3 ) ni代表加性噪声，名义上可以认为是方差为^2的零平均值高斯噪 声。在中继节点104的压缩结果是信号]r，对于某些k〈m。(公式4)本发明的一个实施例提供根据Y获得W的有效方法。例如，如 果源节点102传输信息向量i=
(公式6 ) 中继节点104接收该信号向量Y= [ 0.8366 -1.1443 -0.4740 -1.0223 -1.1819 -0.1678 -0.4120-0.7091 0.0711 -101257] ( 乂>式7 )8
原因在于添加了方差ct2 = 0.5的零平均值高斯噪声。通过给接收的信号向量Y设置阄值得到Y =
T (乂>式9)与正确值MX =
T (公式10)的差别是5个位置上有3个不同。本领域的熟练技术人员显然可 以从上面的例子中看出，在这种形式的压缩中，即使接收的码字中的 单个比特错误也可以传播为许多错误。为了改善这种状况，在本发明 的 一个实施例中使用软信息执行压缩。本发明的实施例仍然可以使用 二进制矩阵M进行压缩，但是矩阵乘法将使用概率。图2说明用于把矩阵视为图的因子图。利用可变节点表示矩阵M 的一列，在该图中用圆圏表示可变节点。同样地，用检查节点表示M 的一行，用正方形表示检查节点。正如图2所示，当且仅当矩阵M在 相应行和列为l时，在检查节点和可变节点之间才有一个连接。在本发明的一个实施例中，使用输入概率Ui和后验概率p(X「 1 I Yi = yi)而非比特作为输入。为符号表示方^f更，把Sj定义为在M的第j 行中具有1的列位置的集合。在二进制输入的情况中，第j个输出比 特是在用Sj做索引的位置处对输入比特进行EXOR运算的结果。现 在，输出Vj是以输入概率Ui为基础，第j个输出比特为1的概率。在 M的因子图中，把由Sj所索引的可变节点连接到第j个检查节点。此 后，刻画Ui对信道输入yi的依赖关系，并且更重要地，刻画输出概率Vj对输入概率Ui的值的依赖关系。通过简单应用贝叶斯定理可以获得叫对力的依赖关系:<formula>formula see original document page 10</formula> (公式ll)<formula>formula see original document page 10</formula>(公式12)<formula>formula see original document page 10</formula>(公式13)假定Xi可以是l或-l,并且具有等概率。请注意，上述公式遵守如下惯例用大写字母表示变量，如Xi, 用小写字母表示它们的值，如&。为了计算vj,在模2运算下输出比特为1的概率等同于在简单加法运算下总和为奇数的概率。正如图14所示，为了计算输出概率，使用来自公式3的以下引理。考虑m个独立的二进制数字组成的序列，其中第l个数字为l的概率是Ph则偶数个数字是1的概率是<formula>formula see original document page 10</formula>(公式14)。 2作为上述引理的推论，<formula>formula see original document page 10</formula>公式15 )。 为了中继节点104进行重传，把输出概率Vj转换成重传信号幅度Wj。这些 信号幅度不仅依赖于比特的概率，而且依赖于中继节点104的传输功 率约束。<formula>formula see original document page 10</formula>公式16)，其中《刻画重传压縮信号所用的功 2 "率。软信息处理的优点是，直至在目的地节点有可用附加信息时才进 行决策，而不是做错误的决策并在中继节点104传播错误的决策。通 过使用软信息处理，处理公式7的噪声向量Y以产生后验概率U = [3.0340 0.0102 0.1306 0.0165 0.0088 0.3383 0.1614 0.0554 0.5706 0.0110],对其进行压缩以产生输出符号斗既率 V =
请注意，通过基于其概率是小于还是大于0.5,把V的阈值限定 为0和1可以获得公式9的#。然而，本发明的实施例试图避免在中 继节点104进行硬决策。第二、第四和第五概率与0.5非常接近的事 实指示解码期间在目的地节点106可能引起严重的不定性。发送硬决 策更容易引入歧途。通过在目的地节点106与附加信息相结合，通过 W传送的概率V可以有助于成功解码。上述使用概率的技术容易扩展到高阶调制方案。奇偶计算也未必 是在GF(2)中进行的。通过使用在给定软信息输入的情况下能够计算 输出符号的概率的任何一个函数，可以计算奇偶符号。因此，本发明 的实施例实际上适合于各种已知的编码框架，包括块码和巻积码。图3说明在本发明的某一实施例中实现的步骤。在步骤3010 中，从源节点向中继节点传输二进制向量。在步骤3020中，该中继 节点接收信号向量。在步骤3030中，通过使用概率将该信号与一个 矩阵相乘，该中继节点对该信号进行压缩。在步骤3040中，该中继 节点把来自乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度，该信号幅度不 仅依赖于 一 个比特的概率，而且依赖于在该中继节点的传输功率约 束。在步骤3050中，该中继节点将该信息的估计从该源节点传输到 目的地节点。图4说明用于实现本发明之一个实施例的系统。在该系统中，源 节点102包括配置用于从源节点102向中继节点104传输二进制向量 的传输单元108。中继节点104包括配置用于接收信号向量的接收单 元110,配置用于通过使用概率将该信号与一个矩阵相乘来压缩信号 的压缩单元112,配置用于把来自该乘法运算输出概率转换为重传信 号幅度的转换单元114，该信号幅度不仅依赖于一个比特的概率，而 且依赖于在该中继节点的传输功率约束，以及配置用于将信息的估计 从源节点102传输到目的地节点106的传输单元116。
本领域的熟练技术人员可以理解，本发明可以应用于在中间节点实现中继的各种设备。可以在诸如3.9G长期演进系统的系统中实现 本发明。以上描述集中在本发明的特定实施例上。然而，在实现描述 的实施例的某些优点或所有优点的情况下，显然可以对描述的实施例 做出其它变更和修改。因此，所附权利要求书的目的地是覆盖进入本 发明之实质和范围内的所有此类变更和修改。
权利要求
1.一种方法，包括从源节点向中继节点传输二进制向量；在该中继节点接收信号向量；通过利用概率将该信号与矩阵相乘而在该中继节点压缩该信号；将来自该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度，该信号幅度不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在该中继节点的传输功率约束；以及利用该中继节点将信息的估计从该源节点传输到目的地节点。
2. 如权利要求1的方法，其中传输二进制向量还包括，传输信号 向量x = [xA...xmf形式的该二进制向量，其中A e {0，1}且x, = 2S, -1 。
3. 如权利要求1的方法，其中接收信号向量还包括，接收如 r = h>V..Lr 的信号向量，其中yi-Xi+ni, i^,2,…m且其中ni代表加性噪声。
4. 如权利要求1的方法，其中压缩该信号还包括，对于值k生成信号『=[甲2』1 o
5. 如权利要求1的方法，其中压缩该信号还包括使用输入概率和 后验概率作为矩阵的输入。
6. 如权利要求5的方法，其中压缩该信号还包括，定义在该矩阵 的第j行中有1的列位置的集合，其中输出概率是以该输入概率为基 础，第j个输出比特是1的概率，并且其中刻画该输入概率对信道输 出的依赖关系，并刻画该输出概率对该输入概率的值的依赖关系。
7. —种装置，包括配置用于从源节点向中继节点传输二进制向量的传输单元； 配置用于在该中继节点接收信号向量的接收单元； 配置用于通过利用概率将该信号与矩阵相乘而在该中继节点压缩 该信号的压缩单元；配置用于将来自该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度的转换单元，该信号幅度不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在该中继节点处的传输功率约束；以及配置用于由该中继节点将信息的估计从该源节点传输到目的地节 点的传输单元。
8. 如权利要求7的装置，其中该传输单元还被配置用于传输信号向量X = hx2 jfj形式的该二进制向量，其中為e {0，1}且x' = 2為-1 。
9. 如权利要求7的装置，其中该接收单元还被配置用于接收如 ^L^2…W的该信号向量，其中yi二xi+ni， i二l,2，…m并且其中ni代 表加性噪声。
10. 如权利要求7的装置，其中该压缩单元还被配置用于对于值k 生成信号『-[w'^…wJ。
11. 如权利要求7的装置，其中该压缩单元还被配置用于使用输 入概率和后验概率作为该矩阵的输入。
12. 如权利要求11的装置，其中该压缩单元还被配置用于定义在 该矩阵的第j行中有1的列位置的集合，其中输出概率是以该输入概 率为基础，第j个输出比特是1的概率，并且其中刻画该输入概率对 信道输出的依赖关系，并刻画该输出概率对该输入扭无率的值的依赖关 系。
13. —种装置，包括用于从源节点向中继节点传输二进制向量的传输装置；用于在该中继节点接收信号向量的接收装置；用于通过利用概率将该信号与一个矩阵相乘而在该中继节点压缩 该信号的压缩装置；用于将来自该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度的转换装 置，该信号幅度不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在该中继节 点处的传输功率约束；以及用于由该中继节点将信息的估计从该源节点传输到目的地节点的 传输装置。
14. 一种中继节点，包括 配置用于从源节点接收信号向量的接收单元； 配置用于通过利用概率将该信号与矩阵相乘来压缩该信号的压缩 单元；配置用于把来自该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度的转 换单元，其中该信号幅度不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在 该中继节点处的传输功率约束；以及配置用于将信息的估计从该源节点传输到目的地节点的传输单元。
15. 如权利要求14的中继节点，其中该接收单元还被配置用于接 收如^^h少2…xJ的该信号向量，其中yi-xi+ni, i二l，2，…m且ni代表 加性噪声。
16. 如权利要求14的中继节点，其中该压缩单元还被配置用于对 于值k生成信号『=[wiw"^『。
17. 如权利要求14的中继节点，其中该压缩单元还被配置用于使 用输入概率和后验概率作为该矩阵的输入。
18. 如权利要求17的中继节点，其中该压缩单元还被配置用于定 义在该矩阵的第j行中有1的列位置的集合，其中输出概率是以该输 入概率为基础，第j个输出比特是1的概率，并且其中刻画该输入概 率对信道输出的依赖关系，并刻画该输出概率对该输入概率的值的依 赖关系。
全文摘要
一种方法，包括从源节点向中继节点传输二进制向量以及在该中继节点接收信号向量。该方法还包括，通过利用概率将该信号与矩阵相乘而在该中继节点压缩该信号，以及将来自该乘法运算的输出概率转换为重传信号幅度，该信号幅度不仅依赖于某个比特的概率，而且依赖于在该中继节点处的传输功率约束。该方法还包括，由该中继节点将信息的估计从该源节点传输到目的地节点。
文档编号H04L12/58GK101119336SQ200710136098
公开日2008年2月6日 申请日期2007年7月17日 优先权日2006年8月3日
发明者A·德贝纳斯特, A·查克拉巴尔蒂, A·萨布哈沃, B·阿茨汉格 申请人:诺基亚公司