基于锯齿解码的高吞吐量重传方法与流程

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法。

背景技术：

串行干扰删除(sic)的基本原理是逐步减去最大信号功率用户的干扰，sic检测器在接收信号中对多个用户逐个进行数据判决，判决出一个用户就同时减去该用户信号造成的多址干扰(mai)，按照信号功率大小的顺序来进行操作，功率较大信号先进行操作。这样一直进行循环操作，直至消除所有的多址干扰为止。

csma/cd(carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection)即带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测)。它的工作原理是：发送数据前先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试。

纯aloha协议十分容易发生信息的冲突，同时对于局域网lan，反馈信息很快就可以得到；而对于卫星网，发送方要在270ms后才能确认数据发送是否成功。通过研究证明，纯aloha协议的信道利用率最大不超过18.4％。与纯aloha协议相比，时隙aloha协议降低了产生冲突的概率，信道利用率最高为36.8％。但是二者的信道利用率都不是很高不能够满足现在无线通信的要求。

使用csma/cd介质访问控制的一个去缺点就是，当lan中的互联的每台计算机都只有少量数据需要传输时，网络中每个站点对介质的共享都几乎是公平的；但是如果一个站点需要发送大量的数据时(如一个站点担当高质量视频源的情况下)这是就可能出现一个站点长时间控制整个lan的情形。

总结现有aloha和csma方案共性为，系统吞吐量小于1。

锯齿解码时，由于多个天线的错位可能不足以保证可锯齿解码。并且，用户数多于天线的数量时也不足以进行锯齿解码，因此需要设计高效的数据重传机制以进行锯齿解码。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法。

本发明提供了一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法，接收端形成延迟矩阵然后通过下面的步骤在接收端进行处理：

1)、分解假设是一个不可解的矩阵，需要把分解成为两个矩阵和代表可解的，则是矩阵中除之外的矩阵，不断使用贪婪算法重复迭代从取出最大可解矩阵，使得最终可解；

2)、重传相对应的分解：取出的延迟矩阵中的最大可解矩阵重传相对应的用户，由于延迟是一样的，因此重传的相应用户构成的延迟矩阵是与之前一样的，然后按照1)中的过程不断的分解剩余的矩阵重传相应的用户；

3)、译码：采用最大比合并的方法先译码最后的可解矩阵，译码之后，代入到上一个矩阵中，减去已经译码的用户，再继续译码，不断通过上述的步骤，直到所有用户数据都能够译码；

4)、在重传译码过程结束一次之后，如果所有的数据包译码正确，则结束此次的过程；如果全部译码错误，则重传所有的数据包，重新执行上述的过程进行译码；如果只有部分译码错误，取译码错误的用户形成新的延迟矩阵，然后在执行上述的过程进行译码，直到所有的数据都正确译码。

作为本发明的进一步改进，在步骤1)中的只要取其中的等于列数ai的子方阵ti^s即可。

本发明的有益效果是：提升了系统吞吐量。

附图说明

图1是本发明一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法的系统模型图。

图2是本发明一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法的分解过程图。

图3是本发明一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法的分解结果示意图。

图4是本发明一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法的取最大可解矩阵过程示意图。

图5是本发明一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法的译码示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法，其系统模型如下：

如图1所示，k个位置彼此分散的单天线用户，由{1,2,…,k}表示，分别传输数据至接收端。接收端装有m个分散分布的(不在同一位置)接收天线，由{1,2,…,m}表示。分散的用户和天线使得各路径传输耗时不同。用户k想要发送包含l个调制符号的数据包，用表示，其中xk,l表示这个数据包中的第l个调制符号。初期考虑二进制相移键控(binaryphaseshiftkeying，bpsk)调制，即xk,l∈{+1,-1}(与ds系统中的信息位sk,l∈{0,1}区别在于xk,l可看作sk,l的调制)。假设时隙即一个符号的时长。

假设系统是符号级别同步，即在某一时隙上接收的信号是所有用户完整符号级的叠加。令hk,m表示从用户k至接收天线m的信道增益，令wm[t]表示接收天线m在t时隙的加性噪声。接收天线m在t时隙接收到的信号为：

其中表示在t时隙对应有输出的所有用户索引的集合，并且ls表示xs中的第几个符号在t时隙被天线m接收，p为发送符号的功率。

令整数τij∈[0,τmax]表示用户j发送的数据包到达天线i的传输时延(假设以时隙为基本单位)，且假设τij为整数。令m×k矩阵t表示这k个用户数据包的传输时延，其第(i,j)个元素为τij，并称该矩阵为时延矩阵。假设接收端可以准确获得hk,m’s和t(可以通过直接序列扩频方式获得，每个用户分配一个唯一的伪随机序列并放置到数据包的包头内，接收端收到多个用户的包头叠加后进行相关检测可以获得每个用户的传输时延及信道增益)，并假设发送端不知道hk,m和t。

一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法，在多个天线的错位的情况下，可能不足以保证可锯齿解码，并且在用户数多于天线数时，也不足以进行锯齿解码，因此需要一个重传的方案使得可锯齿解码。

直观方案为各用户随机退避一个时间后重传。然而该方案不能保证错位不同从而导致无效重传而浪费通信资源，如下例所述：

例：令k＝m＝2，假设我们有二个天线接收到的二用户数据包错位一致：2-1＝4-3。因此基于t不可锯齿解码。

随机退避方案：假设用户1和用户2分别等待d1和d2个时隙后重传。则矩阵t更新为我们仍然有二个天线接收到的二用户数据包错位一致：(2+d2)-(1+d1)＝(4+d2)-(3+d1)。因此t'对应的叠加信号相对于t对应的叠加信号没有额外信息。

因而基于收到的叠加信号及重传的叠加信号仍不可锯齿解码。

一种基于锯齿解码的高吞吐量重传方法，接收端形成延迟矩阵(m×k)，然后通过下面的步骤在接收端进行处理：

1)、分解假设是一个不可解的矩阵，需要把分解成为两个矩阵和代表可解的，则是矩阵中除之外的矩阵。不断使用贪婪算法重复迭代从取出最大可解矩阵(矩阵的维度不能够再增加了，一增加就变得不可解)，使得最终可解，过程如图2分解过程所示。注意找到的只要取其中的等于列数ai的子方阵ti^s即可。

2)、重传相对应的分解：取出的延迟矩阵中的最大可解矩阵重传相对应的用户，由于延迟是一样的，因此重传的相应用户构成的延迟矩阵是与之前一样的。然后按照1)中的过程不断的分解剩余的矩阵重传相应的用户。

3)、译码：采用最大比合并的方法先译码最后的可解矩阵，译码之后，代入到上一个矩阵中，减去已经译码的用户，再继续译码，不断通过上述的步骤，直到所有用户数据都能够译码。

4)、在重传译码过程结束一次之后，如果所有的数据包译码正确，则结束此次的过程；如果全部译码错误，则重传所有的数据包，重新执行上述的过程进行译码；如果只有部分译码错误，取译码错误的用户形成新的延迟矩阵，然后在执行上述的过程进行译码，直到所有的数据都正确译码。

例：

假设接收端形成了7×6的延迟矩阵

分解和重传：从延迟矩阵中取出最大可解矩阵t1^s，重传剩下矩阵的用户2、3、5，然后在矩阵中取出相应的最大可解矩阵t2^s，重传用户3，最后只剩下用户3组成的矩阵，直接可以求解。具体的分解结果如图3所示，图4显示的是找寻最大可分解子矩阵的具体过程，从中取出t2^s。

译码：根据图5所示，先译码由于有多根天线进行接收信号，图5(c)显示了此时接收的信号只有用户3的数据，因此可以使用最大比合并(mrc)的方法译码用户3的数据x3。之后，图5(b)所示，把x3带入到中减去，剩下的也采用最大比合并方法进行译码用户2和5，如图5(b)显示的，α和β可以同时进行译码操作，可以进行译码的α和β比特位都采用mrc的方法进行译码，把解出用户2、3、5代入减去，最后译出所有剩下的用户数据。

本发明主要是在现有一些无线通信技术基础上，结合它们的优点设计出一种新的传输模型。克服了aloha及csma协议吞吐量低(系统吞吐量小于1)的缺点，可将系统吞吐量提升到远大于1。采用高效的重传机制解决了在多个天线的错位情况下，系统可能不足以保证可锯齿解码的情况，并且有效地解决了采用各用户随机退避一个时间后重传的方案时，该方案不能保证错位不同从而导致无效重传而浪费通信资源的弊端。

本发明的潜在应用领域为无线通信中分布式多址接入信道模型，例如wifi。

本发明的应用方式：多用户同时发送信息给共同的一个接收机时，用户之间会发生碰撞。可以采用锯齿解码的方式进行译码，由于多个天线的错位可能不足以保证可锯齿解码。并且，用户数多于天线的数量时也不足以进行锯齿解码，现有方案的解决措施为发送者随机等待一个时间后重传，而这样并不能保证错位不同从而导致无效重传而浪费通信资源，因此需要设计高效的数据重传机制以进行锯齿解码。

本发明利用碰撞数据包进行解码，可以将系统吞吐量提升到远大于1，再加上有高效的重传机制，克服了现有技术的一些不足之处，实现了高吞吐量锯齿解码。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。