基于唯一可译码的中继转发方法
【专利摘要】基于唯一可译码的中继转发方法，本发明涉及基于唯一可译码的中继转发方法。本发明是要解决现有物理层网络编码在瑞利信道误码率高及在M(M>3)节点的中继系统中，需要传输的时隙数量增多，系统的吞吐量降低的问题。对于一个M节点的中继系统，包括M-1个用户节点和一个中继节点，任意一个用户节点利用两个时隙通过中继节点获得其他任意用户节点所发送的信息；在第一个时隙中，所有M-1个用户节点将进行唯一可译码编码后的信息，发送给中继节点；在第二个时隙中，中继节点经过判决和转发，把判决后的结果以广播的形式发送，每个用户节点通过把接收到的广播信息与唯一可译码的译码匹配。本发明应用于通信领域。
【专利说明】基于唯一可译码的中继转发方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于唯一可译码的中继转发方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，在通信领域中，网络编码（Network Coding，NC)逐渐成为 了一个热门的研究领域。网络编码可以用于无线网络系统和有线网络系统中，并且给予 信息论，无线通信，网络架构等方面以很大的影响。而物理层网络编码（physical-layer network coding, PNC)已经逐渐成为网络编码领域中的一个重要研究热点。PNC通过有效 地利用中继节点的性质，通过减少节点间需要传输的时隙数量，从而提高了系统的吞吐量， 不仅如此，PNC可以看作是一种协作通信。
[0003] 关于PNC的研究，主要集中在以下方向。首先，关于PNC的编码方式上的研究，包括 卷积码，低密度奇偶校验码（Low Density Parity Check Code,LDPC)，LDPC积累码等等。其 次，关于PNC调制方法的研究，包括不同的调制方式，包括频移键控调制（Frequency-shift keying, FSK)，正交幅度调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM)等等。除此之外， 还有关于PNC中同步问题，信道容量等问题的研究。
[0004] 现有的关于PNC的研究大多数都是在高斯信道（additive white Gaussian noise，AWGN)下，并且PNC在高斯信道下具有优秀的性能。而在瑞利信道中，PNC将很难进 行，而现有的解决方案是利用多天线系统（Multiple-Input Multiple-Output, ΜΙΜ0)。但 是这样会浪费掉ΜΙΜΟ技术带来的自由度增益。不仅如此，在Μ(Μ>3)节点中继系统中，包括 Μ-1个用户节点和1个中继节点，此时PNC将很难实现异或（X0R)运算。
【发明内容】
[0005] 本发明是要解决现有物理层网络编码在瑞利信道误码率高及在M(M>3)节点的中 继系统中，需要传输的时隙数量增多，系统的吞吐量降低的问题，而提供了基于唯一可译码 的中继转发方法。
[0006] 基于唯一可译码的中继转发方法按以下步骤实现：
[0007] 对于一个Μ节点的中继系统，包括M-1个用户节点和一个中继节点，任意一个用户 节点利用两个时隙通过中继节点获得其他任意用户节点所发送的信息；
[0008] 其中，在第一个时隙中，所有Μ-1个用户节点将进行唯一可译码编码后的信息，发 送给中继节点；
[0009] 然后在第二个时隙中，中继节点经过判决和转发，把判决后的结果以广播的形式 发送，每个用户节点通过把接收到的广播信息与唯一可译码的译码匹配，从而获得其余用 户节点所发送的信息，即完成了基于唯一可译码的中继转发方法。
[0010] 发明效果：
[0011] 本发明针对多节点中继系统中PNC的缺点，从编码的角度入手，将唯一可译码应 用在物理层，通过在中继节点的数据信息，对不同用户终端进行映射，从而提高了系统的吞 吐量。不仅如此。本发明提出的基于唯一可译码的中继转发策略，即使在瑞利信道中，也有 不错的误码率性能。
[0012] 高斯信道下，本发明的信道容量，以Μ = 3时，当信噪比较大时（SNR>8dB)，相对于 PNC将有着质的提升，将突破Μ = 3时，PNC的信道容量上限（0. 5)，而采用性能更好的唯一 可译码，甚至可以让信道容量的上界接近0. 75。而当M>3时，利用唯一可译码的中继转发系 统，可以大幅度减少传输时隙，并且通过2时隙即可完成，大大提升了系统的吞吐量。
[0013] 本发明提出的基于唯一可译码的中继转发策略，在Μ = 3的情况下，时隙1成瑞利 信道时，仍有可以接受的误符号性能，并且具有较好的信道容量，此时仍旧能突破PNC信道 容量的理论上界0. 5。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是【具体实施方式】一中的Μ节点的中继系统框图；
[0015] 图2是【具体实施方式】二中的时隙1系统框图；
[0016] 图3是【具体实施方式】三中的时隙2系统框图；
[0017] 图4是【具体实施方式】二中的时隙1系统流程图；
[0018] 图5是【具体实施方式】三中的时隙2系统流程图；
[0019] 图6是仿真实验中误码率仿真图；
[0020] 图7是仿真实验中吞吐量仿真图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0021] 一：本实施方式的基于唯一可译码的中继转发方法按以下步骤实 现：
[0022] 对于一个Μ节点的中继系统，包括Μ-1个用户节点和一个中继节点，任意一个用户 节点利用两个时隙通过中继节点获得其他任意用户节点所发送的信息；
[0023] 其中，在第一个时隙中，所有Μ-1个用户节点将进行唯一可译码编码后的信息，发 送给中继节点；
[0024] 然后在第二个时隙中，中继节点经过判决和转发，把判决后的结果以广播的形式 发送，每个用户节点通过把接收到的广播信息与唯一可译码的译码匹配，从而获得其余用 户节点所发送的信息，即完成了基于唯一可译码的中继转发方法。
【具体实施方式】 [0025] 二：本实施方式与一不同的是：所述第一个时隙的执 行步骤如下：
[0026] 步骤一，所有Μ-1个用户节点，将用户节点的有效信息数据通过唯一可译码编码 器，得到编码后的码字屯，d 2, ...，dH ;其中，所述每一个码字都是一个η维向量；
[0027] 步骤二，将步骤一中得到的Μ-1个码字屯，d2, . . .，djH，分别调制成Sp s2, . . .，Sjk, 其中Si代表第一个时隙中，第i个用户发送的调制后的符号，其中，i = 1，2, . . .，Μ-1 ;
【权利要求】
1. 基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于基于唯一可译码的中继转发方法按以 下步骤实现： 对于一个Μ节点的中继系统，包括M-ι个用户节点和一个中继节点，任意一个用户节点 利用两个时隙通过中继节点获得其他任意用户节点所发送的信息； 其中，在第一个时隙中，所有Μ-1个用户节点将进行唯一可译码编码后的信息，发送给 中继节点； 然后在第二个时隙中，中继节点经过判决和转发，把判决后的结果以广播的形式发送， 每个用户节点通过把接收到的广播信息与唯一可译码的译码匹配，从而获得其余用户节点 所发送的信息，即完成了基于唯一可译码的中继转发方法。
2. 根据权利要求1所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述第一个时 隙的执行步骤如下： 步骤一，所有Μ-1个用户节点，将用户节点的有效信息数据通过唯一可译码编码器，得 到编码后的码字屯，d2, ...，dH ;其中，所述每一个码字都是一个η维向量； 步骤二，将步骤一中得到的Μ-1个码字屯，d2, . . .，djH，分别调制成Sp s2, . . .，Sh，其中 Si代表第一个时隙中，第i个用户发送的调制后的符号，其中，i = 1，2,. . .，Μ-1 ; 步骤三，将步骤二中的Si，s2, . . .，Sh分别经过信道k h2, . . .，hH，在中继节点接收到 信号; 其中，
⑴ 其中，所述wK表示在第一个时隙内，中继节点处的高斯白噪声，并且^为η维向量； 所述信道]^，]!；^ . . . ，如果h = h2 =…=hiH = 1，那么在时隙1中，每个用户和中 继节点的信道就是高斯信道； 如果信道匕，h2，…hH都是服从独立同分布的瑞利分布，那么每个用户和中继节点的信 道就是瑞利信道； 步骤四，将rK通过中继节点的判决器判决为判决后的符号4 ·， 步骤五，计算集合
其中，h代表第一个时隙由第i个用户到中继节 点的信道参数，Si为一个η维向量，i表示第i个用户； 步骤六，判断之是否属于RKelay，如果是，则该时隙完成，如果否，则调至步骤三，将 Sp s2, . . .，Sjh分别经过信道hp h2, . . .，hiH重新发送，在中继节点接收到信号rK。
3. 根据权利要求1或2所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述第二 个时隙的执行步骤如下： 步骤一，将t通过中继节点以广播的形式通过信道h' ph' 2，…h' η发送出去；其 中，所述信道h' nh' 2，…h' η，如果h' i = h' 2=…=h' 1^ = 1，那么第2个时隙 中，中继节点和每个用户的广播信道就是瑞利信道； 如果信道h' ph' 2，…h' η都是服从独立同分布的瑞利分布，那么第2个时隙中， 中继节点和每个用户的广播信道就是瑞利信道； 步骤二，在所有的M-1个用户中，把接收到的广播信息r,, r。.....判决成 尔I…，4_1;其中，ri代表在第二个时隙中，第i个用户接受到的信号，则ri(l彡i彡M-ι) 为
(2) 其中
为独立同分布的高斯白噪声， 均为η维向量； 6表示在第二个时隙中，第i个用户接受到的信号&被判决后的结果； 步骤三，计算
i表示第二个时隙由中继节点到第i个用 户信道； 步骤四，判断屯4，…，^?，是否都在&_中，如果是，进行步骤五，第二个时隙结束；否 贝1J，则调至步骤一，将&通过中继节点以广播的形式重新发送； 步骤五，在M-1个用户节点上分别托
i通过唯一可译码编码器映射，译码成
，时隙二结束。
4. 根据权利要求3所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述唯一可译 码编码具体为： 在Μ节点的中继系统中，假设对于第i个用户（1彡i彡M-1)的唯一可译码字集合为 (；，并假设每个用户的码字集合中，有|C」个码字，每个码字长度均为n，由唯一可译码的定 义可知，在第i个用户中，任取两个不同的码字 Ui和u',，需要满足
(3) 其中，公式（1)两端都是一个η维向量，并且向量为Μ进制； 令集合Ε，为Μ-1个用户节点的所有可能的长度为η的码字的按位做和的集合，集合 Ε表示为
，其中i = 1，2，...，Μ-1，根据唯一可译码的定义，可知集合Ε中有
卜元素，每一个元素都为η维的Μ进制向量； 译码过程中如下，由于Μ-1个用户的唯一可译码的性质，已知任意的Μ-1个码字的和， 就可以唯一地映射成这Μ-1个码字，即唯一可译码的译码方式是根据码字的和向量，通过 映射，还原出Μ-1个码字。
5. 根据权利要求2所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述第一个时 隙的执行步骤二中调制方式如果是BPSK，那么 Sj = 2 · dj-I, (i = 1, 2,. . . , Μ-1) (4) 其中，I为η维全1向量即I = (1, 1,, 1)。
6. 根据权利要求4所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述判决为硬 判决或是软判决。
【文档编号】H04L1/00GK104158628SQ201410421529
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】于启月, 李亚添, 智小楠, 孟维晓 申请人:哈尔滨工业大学