用于针对具有动态半双工中继器的marc系统发射数字信号的方法、相应的程序产品以及...的制作方法

用于针对具有动态半双工中继器的marc系统发射数字信号的方法、相应的程序产品以及 ...的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种由半双工中继器针对包括多个源、该中继器以及目的装置的电信系统执行的中继方法(1)，该方法包括：接收由这些源在传输信道的N次使用过程中发射的多个码字的接收阶段(2)，由源发射的连续码字对应于B个块，其中的第一个块能够独立于其他块被解码，此阶段包括基于接收的码字估计来自每个源的消息的解码步骤，该消息与由该源发射的这些码字相关联；由该中继器对无错解码的多条消息执行的检错和决策步骤(3)；以及对信号进行编码并将其传输至该目的装置的阶段(4)，该信号仅代表已经被无错解码的那些消息；从而使得该中继器在接收B1个块之后从非选择性接收转到选择性接收，并且在该检错和决策步骤的控制下从该接收阶段切换至该编码和传输阶段，1＜B1＜B。
【专利说明】
用于针对具有动态半双工中继器的MARC系统发射数字信号的 方法、相应的程序产品从及中继器设备
技术领域
[0001] 本发明的领域是在多址访问中继信道(MARC)网络中传输经编码的数据的领域。 MARC网络是具有至少四个节点的电信系统，该至少四个节点具有至少两个源(发射器）、中 继器和目的装置(接收器）。更确切地，本发明设及网络编码，并且其寻求提高数据传输的质 量，并且具体地寻求提高接收器中的纠错解码性能。
[0002] 本发明特别地但非排他地设及例如针对实时应用经由移动网络传输数据。
【背景技术】
[0003] 网络(并且具体为移动网络)正寻找在容量、可靠性、消耗量等方面中的显著改进。 移动网络的传输信道具有困难的名声，并且导致相对较差的可靠性的传输。在过去的几年 里，已经在编码和调制方面(具体关于消耗量和能量)实现了可观的进步。确切地，在多个发 射器/接收器共享相同的资源(时间、频率和空间）的移动网络中，有必要尽可能地降低发射 功率。
[0004] 运种降低与覆盖范围相惇，并因此与系统的容量相惇，并且更一般地与其性能相 惇。
[0005] 为了扩大覆盖范围，使通信更可靠，并且更一般地改善性能，一种方法在于依赖中 继器来提高频谱效率并因此提高系统的传输效率和可靠性。如图1所示，MARC系统的拓扑为 使得源、节点Si和S2广播其经编码的信息序列，W吸引中继器R和目的装置D的注意。中继器 对从源Si和S2接收到的信号进行解码，并且其在添加其自身的冗余时对运些信号进行联合 重新编码，W创建空间分布的网络码。在目的装置D处，运Ξ个空间分布的编码序列(包括直 接从源Si和S2接收的两个编码序列W及来自中继器的编码序列）的解码依赖于联合信道/网 络解码算法。
[0006] 网络编码是合作形式，其中，网络的节点不仅共享它们自身的资源（功率、带宽 等），而且还共享它们的计算能力，W便创建随着信息传播通过节点而变得越来越强大的分 布式代码。运在多样性和编码方面并因此在传输可靠性方面产生显著的改进。
[0007] 针对MARC系统，考虑源和中继器的单位为比特每秒(bits/s)的数据速率为1/Ts， 并且总可用传输时长被设置为T。因此，可W在源与中继器之间共享的可用信道使用的次数 为N=DT。如果考虑使用奈奎斯特数据速率并且传输正弦(基本正弦)波形的脉冲，那么N是 可用复维数的总数，而D是系统的总可用带宽。
[000引针对中继器，在两种类型的操作之间作出区分:半双工模式和全双工模式。
[0009]在已知的半双工模式中，在对应于不同传输信道使用的两个传输阶段之间作出区 分，因为中继器不能够同时进行接收和发射。源和中继器因此将传输信道使用的总数拆分 成两部分，对应于两个阶段。在包括第一传输信道使用(时隙）的第一阶段过程中，两个源而 非中继器进行发射。中继器执行联合解码/重新编码，W便推断信号W在后续传输信道使用 过程中进行传输。在包括第二传输信道使用的第二阶段过程中，中继器发射在第一传输信 道使用过程中确定的信号，并且源发射与在第一传输信道使用过程中传输的信息相同的信 息有关的第二奇偶校验序列。中继器因此遵守由第二阶段的时长设置的特定定时。半双工 类型中继器是吸引人的，因为它们呈现简单的通信方案，并且因为它们易于实现并因此具 有低成本。
[0010] W相同
【申请人】的名义的PCT专利申请W02012/022905A1描述了针对具有非正交链 路的MARC系统使用W上两阶段定时进行操作的半双工中继器。该中继器执行一种中继方 法:其中，在被称为选择性解码和转发(SDF)的技术应用中不发射错误解码的字。在该项技 术中，中继器尝试解码来自源的消息并且仅发射无错解码的那些消息的确定性函数的结 果。检错是使用包含在源消息中的循环冗余校验(CRC)执行的。
[0011] 尽管选择性中继技术通过避免由中继器传播错误而呈现不可否认的优点，其借助 于半双工中继器的使用具有需要中继器和源确定并了解两个传输阶段的对应时长的缺点。

【发明内容】

[0012] 本发明提供了一种针对具有至少四个节点的网络中继数字信号的方法，运四个节 点包括通过链路连接在一起的两个源(发射器）、一个中继器和一个目的装置(接收器）。该 中继方法由半双工中继器针对包括多个源、该半双工中继器W及目的装置的电信系统执 行。该方法包括：
[0013] -接收由运些源在信道的N次使用过程中发射的多个码字的接收阶段，由源发射的 连续码字对应于B个块，其中的第一个块能够独立于其他块被解码，此阶段包括基于接收的 码字估计来自每个源的消息的解码步骤，该消息与由该源发射的运些码字相关联；
[0014] -由该中继器对无错解码的多条消息执行的检错和决策步骤;并且
[0015] -对信号进行编码并将其传输至该目的装置的阶段，该信号仅代表已经被无错解 码的那些消息；
[0016] 从而使得该中继器在接收B1个块之后从非选择性接收转到选择性接收，并且在检 错和决策步骤的控制下从该接收阶段切换至该编码和传输阶段，其中，1《BKB-1，B〉2。
[0017] 本发明还针对包括多个源、该中继器W及目的装置的电信系统提供了一种半双工 中继器，用于执行一种中继方法。该半双工中继器包括：
[0018] -解码装置，该解码装置用于基于所接收的对应于由运些源在N次信道使用过程中 发射的多个码字的多个字估计来自每个源的消息，由源发射的连续码字对应于B个块，其中 的第一个块能够独立于其他块被解码，该消息与由该源发射的运些码字相关联；
[0019] -编码和传输装置；W及
[0020] -决策装置，该决策装置用于决定哪些消息已经被无错地解码W便致使该中继器 在接收B1个块之后从非选择性接收转到选择性接收；W及切换装置，该切换装置用于将已 经被无错解码的多条消息切换至该编码和传输装置，其中，1《BKB-1，B〉2。
[0021] 本发明的半双工中继器W动态且非恒定的方式操作，能够在对从多个源中接收的 消息进行解码的过程中根据错误来适配其操作。
[0022] 在已经发生的传输信道的使用的次数的阔值B1W下，中继器保持在非选择性监听 模式中。在运种模式下，中继器尝试检测并无错地解码来自所有源的消息。一旦已经发生的 信道使用的次数超过阔值B1，中继器就进入选择性监听模式。在运种模式下，一旦消息被无 错地解码，中继器就从在其中中继器尝试检测并无错地解码来自源的消息的监听阶段切换 至对消息进行编码并将其传输至目的装置的阶段。因此，如果经过的时间超过阔值B1(其构 成系统的参数），那么中继器从非选择性监听转到选择性监听。阔值B1因此使得有可能避免 对相比具有显著优于其他源的源-中继器链路的源-中继器链路的源需要更多的时间来进 行解码的源进行惩罚。设置阔值B1，从而使得其有可能将操作灵活性引入到MARC系统中，该 操作灵活性使得中继器能够被适配成用于源之间的不同环境。B1可W是例如针对每个B块 码字或根据一定数量的码字而可变的。不像利用MARC系统中的半双工中继器的现有技术， 中继器的监听时间不是恒定的。运种灵活性使得有可能首先适配于源-中继器链路的质量 的瞬时变化，运在使用现有技术的情况下是不可能的。此外，在运些源之一与中继器之间的 链路非常差的情况下，加长非选择性监听时间可W最终使得中继器有可能对源进行解码并 将代表来自所有源的消息的信号传输至目的装置。同样，即使此源无法被无错地解码，中继 器仍然可W在进入选择性监听模式之后通过传输代表来自其他源的已经被无错地解码的 消息的信号来辅助目的装置。此外，此操作对源而言是完全透明的;仅中继器适配其监听模 式。
[0023] 因此，本发明具体依赖于中继器的两种监听模式(完全监听模式和选择性监听模 式)之间的差异。在完全监听模式过程中，在对已经被无错地解码的消息进行编码和传输之 前，中继器针对任何一个源等待基于由那个源发射的已接收的码字的所有或部分码字无错 地解码来自所有源的消息。在从完全监听模式转到选择性监听模式之后，中继器在编码之 后起到传输无错解码的第一消息的作用。如在现有技术选择性中继方法中，从监听阶段到 编码和传输阶段的切换因此动态地并且不再在固定的时刻发生。运种切换灵活性使得能够 将中继器的操作适配于源与中继器之间的信道质量，运在中继器的监听时间相对于来自源 的传输时长是恒定的情况下是不可能的。不像现有技术的选择性中继方法，本发明在增加 了即使当源-中继器链路中的一个链路具有比其他链路好得多的质量时能够无错地解码多 个源的可能性的两种监听模式之间作出区分。
[0024] 在一个实施例中，运些源在相同的无线电资源上同时进行发射，并且解码步骤是 迭代的且包括联合检测和联合解码。
[0025] 由运些源在相同的无线电资源(时间和频率)上同时进行发射，运使得有可能最大 化使用公共频谱资源;运些源-中继器链路不是正交的。因此，由于源信号在传输过程中首 先在源与中继器之间并且其次在源与目的装置之间叠加，使得由中继器与由目的装置接收 的信号之间存在干扰。当源同时但在不同的频谱资源上发射时，中继器不需要迭代的联合 检测和解码步骤。在运种情形下，中继器可W基于在源之间没有干扰的情况下接收到的序 列解码来自源的消息。
[0026] 在一种实现方式中，在由源相继发射的B个块中，从巧化的块的积累是具有随着b 减小的编码速率的码的码字，1《b《B。
[0027] 在一种实现方式中，该编码和传输阶段包括网络编码，该网络编码是应用于被无 错解码的消息的非双射满射函数。
[0028] 在一种实现方式中，非双射满射函数是无错解码的运些消息的异或。
[0029] 在一种实现方式中，递增冗余码是具有可变编码速率的删余化rbo码。
[0030] 在一种实现方式中，递增冗余码是具有可变编码速率的删余卷积码。
[0031 ]在一种实现方式中，递增冗余码是具有可变编码速率的LDP邱马。
[0032] 在一种实现方式中，当与无错解码的消息有关的决策发生在传输信道的第T次使 用之后，那么中继器确定满足W下等式的由编码和传输步骤使用的调制阶数qr和信道编码 长度nr:
i中，Ni是来自运N次连续的传输信道使用中的前T次信道 使用。
[0033] 在一种实现方式中，决定已经被无错地解码的消息的步骤是借助于CRC类型码执 行的。
[0034] 在一种实现方式中，编码和传输阶段包括信道编码，从而使得经信道编码的码字 被每块地交错，该码字的每个块由运些块中不同的交错器交错，并且该编码和传输阶段进 一步包括在交错之后从运些码字块中选择多个块W便将该码字的用于传输的长度适配成 在中继器已经从接收阶段切换至编码和传输阶段之后保留的信道使用的次数。
[0035] 在一个实施例中，编码和传输装置包括调制器装置和信道编码装置，并且其中，当 决策装置决定在信道的第T次使用之后进行变换时，中继器确定满足W下等式的调制装置 的调制阶数qr和信道编码装置的信道编码长度nr
庚中，Ni是来自 运N次连续的信道使用中的前T次信道使用。
[0036] W上各种实现方式和实施例可W可选地与一个或多个运些实现方式和实施例进 行组合W便定义其他的实现方式和实施例。
[0037] 本发明还提供了一种被适配成用于执行本发明的方法的MARC系统(可能是ΜΙΜΟ系 统)。
[003引因此，本发明的MARC系统包括本发明的中继器。
[0039] 在一个优选实施例中，该中继方法的步骤是由结合在一个或多个电子电路(如忍 片）中的中继程序的指令确定的，该一个或多个电子电路自身可W被安排在MARC系统的电 子设备中。当将程序加载到计算组件（如处理器)或等效物(其操作然后通过执行程序而受 控)中时本发明的中继方法可W同样很好地被执行。
[0040] 因此，本发明还应用于计算机程序，具体为在数据介质之上或之中并且适用于执 行本发明的计算机程序。本程序可W使用任何编程语言并且可W是源代码、目标代码或者 是介于源代码与目标代码之间的代码的形式，如是部分编译形式，或是任何其他令人期望 的形式W实现本发明的方法。
[0041] 该数据介质可W是能够存储程序的任何实体或设备。例如，该介质可W包括存储 装置，如只读存储器(ROM)(例如高密度磁盘(CD)ROM或微电子电路ROM)、或真正的磁记录装 置(例如，硬盘或通用串行总线化SB)棒）。
[0042] 替代地，数据介质可W是结合了该程序的集成电路，该电路被适配成用于执行所 讨论的方法或在该方法执行时使用。
[0043] 此外，程序可W转换为可经由电缆或光缆、通过无线电或通过其他手段传达的可 传输介质形式(如电信号或光信号）。本发明的程序可W具体地从互联网类型的网络进行下 载。
【附图说明】
[0044] 在阅读仅作为说明性和非限制性示例给出的优选实现方式的W下描述时W及从 附图中，本发明的其他特性和优点变得更加清楚，在附图中：
[0045] -图1是示出了具有两个源、一个中继器和一个目的装置的MARC系统的基本拓扑的 图解，如在描述现有技术时所描述的；
[0046] -图2是本发明的中继器的图解；
[0047] -图3是示出了在本发明的中继器处的操作的排序的简化流程图；
[0048] -图4是本发明的源的图解；
[0049] -图5是在本发明的中继器中DDU单元针对迭代的联合检测解码的图解；
[0050] -图6示出了在两个源的背景下当中继器在非选择性监听模式过程中对运些源之 一进行解码时W及当中继器仅在进入选择性监听模式之后成功地对另一个源进行解码时 在中继器处排序的实现方式；
[0051] -图7示出了在两个源的背景下当中继器仅在进入选择性监听模式之后成功地对 运些源之一进行解码时在中继器处排序的实现方式；
[0052] -图8是本发明的中继器的编码和传输单元ETU的图解；
[0053] -图9是用于具有一个中继器的MARC系统的本发明的中继器的编码和传输单元ETU 的网络编码函数的图解；
[0054] -图10和图11是本发明的目的装置的联合信道-网络解码器的图解；
[0055] -图12示出了当中继器R2从由在接收块B1之后已经估计了来自两个源S1和S2的信 号的中继器R1发射的信号中受益时本发明方法在具有两个中继器的MARC系统的背景下的 实现方式；
[0056] -图13是在本发明的中继器中DDU单元针对迭代的联合检测解码的图解；
[0057] -图14是本发明的中继器的编码和传输单元ETU的图解;并且
[0058] -图15是用于具有多个中继器的MARC系统的本发明的中继器的编码和传输单元 ETU的网络编码函数的图解。
【具体实施方式】
[0059] 不存在对传输信道的约束;其可能经受快衰落或慢衰落，其可W是频率选择性的， 并且其可W是多输入多输出（ΜΙΜΟ)信道。在W下描述中，假定MARC系统的节点被准确地同 步化并且运些源是独立的(在它们之间不存在关联性）。
[0060] 本发明在于具有Μ个源51，52，...，5?、一个或多个中继器3、^及一个目的装置0的 MARC系统的背景中。假定源和中继器配备有对应的单根发射天线W便简化描述。自然应当 理解，源和中继器可W配备有对应的多根发射天线。假定中继器和目的装置配备有对应的 单根发射天线W便简化描述，但是自然应当理解，它们可W配备有对应的多根天线。
[0061] 图1中示出了 MARC系统的基本拓扑，此系统具有两个源和一个中继器。举例来讲， 源是试图将消息发射到公共目的装置(例如，移动接入网络的基站）的用户。运些源由中继 器（其可W是精简版基站）或者例如运些源之一（当该源位于运些源与基站之间的路径上 时)辅助。
[0062] 在具体的使用中，运两个源对应于两个移动终端。在另一种使用中，运两个源可W 对应于可从单个终端进行访问的两个不同的服务器，但是在运种情况下，该终端至少配备 有两根天线，运两根天线确定终端与中继器之间的w及终端与目的装置之间的两个不同的 传播信道。
[0063] 每个传输周期是由N次信道使用或传输时隙构成的。周期的持续时间取决于MARC 系统的设置，并且具体地取决于屯层0SI模型的MAC层。
[0064] -个周期对应于源在其期间传输具有k个信息位的消息的时间。在当前描述的示 例中，源在N次信道使用过程中同时发射其自身的具有k个信息位的消息。CRC类型信息包含 在由源发射的每个化k特消息中，并且其被用于确定接收的消息是否被正确地解码。
[0065] 本发明提出了一种使用MARC系统的中继器的新颖方法W便提高传输的频谱效率。
[0066] 本发明的中继方法由MARC系统的至少一个半双工中继器执行。图2中示出了本发 明的运个中继器R。该中继器包括迭代联合检测和解码单元DDU，接着是决策单元DUW及编 码和传输单元ETU。图3中示出了由中继器R执行的方法的流程图。方法1包括接收阶段2、检 错和决策步骤3W及编码和传输阶段4。
[0067] F2是双元素伽罗瓦域，1是实数域，并且C是复数域。
[0068] 如图4所示，来自MARC系统的Μ个源{Si，S2，…，Sm}中的每个源S具有包括有待传输 的k个信息位的消息us，Us e巧该消息US包括使得有可能验证消息US的完整性的CRC类型 .0 码。
[0069] 统计独立的源{Si，S2，-'，Sm}借助于递增冗余码对消息US执行编码，并且它们将消 息化转换成化比特，写成C, e巧S。所产生的码字Cs被拆分成B个冗余块，写成诚> >其中， 1 = 1，2，...，8。每个块包括115,1个位，其中
递增冗余码可W是系统类型的，在运 种情况下，信息位被包含在第一个块中不管递增冗余码是否是系统类型的，其为 使得来自B个块中的第一个块if能够独立于其他块被解码。最高编码速率为k/ns,i，并且其 不可W大于一，ns,i>k。源S的最小编码速率为k/ns。在第一个块之后的每个块!〇|、'^1</<公1· 包括奇偶校验位，运些奇偶校验位为第一个块添加冗余，运些块{瑣>:1 </若巧中的每个块 能够与块1至i-1联合地被解码。举例来讲，递增冗余码属于W下非穷举列表：Raptor码 (RC)、速率可兼容的删余化rk)码(RCPTC)、速率可兼容的删余卷积码(RCPCC)、速率可兼容 的低密度校验码(LDPC)。
[0070] 每个码字或块cf由写成;#的不同的交错器交错，交错后的码字被写成 、=[的'，昨1，...，岭"]义错器用于对抗可W在经由信道进行的传输过程中发生的衰落，并且 〇 用于向每个源给出指纹，该指纹使得运些源更容易由中继器并且由目的装置分开。对码字 的每个交错部分货进行调制，W便获得复数码字％=d4"，x戸，]。其中 接;6ΧΑ:', U'."'，聚，其中，X[C指定基数内=2化的复数信号并且其中，r^i = ns,i/qs。
[0071] 在Μ个源{Si，S2，-'，Sm}中的每个源S可W使用最小的编码速率k/ns和调制阶数qs， 该编码速率和调制阶数不同于其他源的那些编码速率和调制阶数，就信道的使用的次数而 言，传输的复数码字的每个部分在运些源之间是完全相同的:ns, i/qs = Ni，i = 1，2，. . .，B。
[0072] 在传输信道的N次使用过程中，每个源S发射由B个块构成的码字 x,=帖)，x护，无论i的值是什么块1至i的连结(或累积）自身是码字，因 ?0 为其来自于递增冗余编码器。
[0073] 由中继器的迭代联合检测和解码单元DDU执行接收阶段2。此步骤包括对由来自Μ 个源阳诚，...，5?}中的每个源8发射的码字义、,=的,"，义^2)，...，逆>；|进行迭代联合检测和解码 的步骤。此迭代联合检测和解码步骤提供对接收的字的估计。
[0074] 接收阶段受检测和决策步骤的控制。例如，控制是借助于停止命令CdeStop执行 的。当停止命令CdeStop有效时，中继器停止联合检测和解码迭代。
[0075] 图5中示出了联合检测和解码单元DDU，其具有迭代结构，该由软质单输入单输出 (SIS0)多用户检测器(MUD)、接着是与存在的源{Si，S2，一，Sm}-样多的并联的柔性信道解 码器构成。针对接收的块6,6￡{1，2，一，8}，所接收的序列表达成^下形式：
[0076]
[0077] 其中代表源Si与中继器R之间的信道增益，并且其中，代表附加 高斯噪声。001]使用当前块^诚％及所有之前接收的块34"，诚>，...，诚-"。^便获得对来自 源的消息％V.·、.、· 的估计。
[0078] 在接收第一个块结束时，多用户检测器MUDW对数似然比化LR)的形式计算来自每 个源S的每个交错且编码的位的信息位的后验概率(APP):
[0079] LAPPR
[0080] 其中，表达式ns,1是由每个源S在第一个块中发射的位数。此LAPH?可W写成W下形 式：
[0081]
[0082] 其中，表达式A。是由每个源的信道解码器在前一次迭代处提供的先验概率 比(LAPR)的对数，并且Λ是与位]相关联的外部信息。
[0083] 向量Ae[W>]t被去交错器心誓]-I去交错，并且输出Ag[的'1是第一个块的先验概 率比的对数。源S的信道解码器使用A,[的来提供消息吃的解码版本，并且提供关于位 的外部信息Ag[邊)]。此外部信息由交错器苗墙行交错。来自交错器的输出\ [的中皮环回 至SIS0多用户检测器(MUD)的输入，并标志一次迭代的结束。
[0084] DDU的迭代停止，或者因为它们已经达到最大迭代数量或者是受检错和决策步骤 的控制，例如，因为检错和决策步骤下发了停止命令CdeStop。
[0085] 在接收块b结束时，对应于此块bW及对应于所有之前的块的开关被切换。重复针 对第一个块所描述的程序，但是将[岭，.·.，咚)]而不是[的)]考虑在内。
[0086] 在接收块b = B-l结束时，切换DDU的所有开关并且重复针对第一个块所描述的程 序，但是将[岭，…，岭]而不是[嫂]考虑在内。
[0087] 孤U不使用最后的块b = B，因为即使其将使得中继器能够正确地解码消息，中继器 将不再使用信道来将代表性信号发射至目的装置。
[0088] 由决策单元DU执行检错和决策步骤3。步骤3在每次联合检测和解码迭代之后检测 经解码的消息、<、，&'&、<中的错误。在一种实现方式中，通过使用包含在来自源的B个 块的第一个块中的CRC类型信息执行此检错。
[0089] 超出接收的块的阔值B1，中继器从非选择性监听模式转到选择性监听模式。因此， 在接收B1个块之后，中继器从检测并无错地解码所有源的模式转到选择性地检测并无错地 解码至少一个源的模式，1《BKB-1，其中，B1是可能恒定的或者可能动态变化的参数值。例 如，B1的值可W是基于针对来自源的消息的优先权标准W便基于源与中继器之间的传输信 道的瞬时质量(如果中继器是移动终端的话基于中继器的电池的电荷水平)来确保QoS。
[0090] 在选择性监听模式中，一旦DU检测到来自消息较每，％，…,海％中的已经在解码器中 被无错地解码的消息，就例如通过下发命令CdeStopW便停止DDU的联合检测解码迭代W及 通过下发命令Cde化1将中继器从接收阶段移动至编码和传输阶段。来自消息… 中被无错检测的消息被传输至ETU。
[0091] 图6示出了具有两个源S1和S2的MARC系统的情况，其中，中继器在阔值B1之前无错 地解码来自源的消息，并且在切换至选择性监听之后解码来自源S2的消息。一旦其无错地 检测到来自源S2的消息，中继器就切换至对来自S1和来自S2的消息进行编码和传输的阶 段，并且其可W停止联合检测解码迭代W便避免执行无意义的计算。
[0092] 图7示出了具有两个源S1和S2的MARC系统的情况，其中，中继器并不设法在阔值B1 之前无错地解码来自两个源的消息。在运个阔值之后，中继器进入选择性监听模式，并且一 旦其无错地检测到来自源S2的消息，其就切换至对来自S2的消息进行编码和传输的阶段， 并且其可W停止联合检测解码迭代W便避免执行无意义的计算。
[0093] 图8中示出了由ETU执行编码并传输至目的装置的阶段4。此编码和传输阶段对已 经被无错解码的消息进行编码W便传输信号，该信号仅代表已经被无错解码的运些消息。 中继器仅联合地编码已经被无错解码的那些消息，并且其添加自身的冗余W便创建网络 码。
[0094] 此编码和传输阶段受检错和决策步骤的控制，即，该阶段仅在中继器已经从接收/ 监听阶段切换至由传输跟随的编码阶段后（例如，一旦授权命令CdeVal已经被下发)发生。 同时下发授权命令Cde化1和停止命令CdeStop。
[00M]中继器在接收第T个块结束时从接收/监听阶段切换至编码阶段，或 者在缺乏已经被无错解码的任何消息时，中继器不进行切换。
[0096] 在切换到编码和传输阶段之前，中继器因此具有可从消息已经被正确地解码的每 个源获得的k个信息位。
[0097] 在切换之后，ETU因此具有可从消息已经被正确地解码的每个源获得的k个信息 位。
[009引参照中继器Ri，已经被无错解码的消息Ui最初用交错器％;娩交错。然后对交错的 消息进行编码。ETU执行编码，该编码包括在已经被无错解码并且已经被交错的消息的 有限伽罗瓦域GF(q)中进行线性组合，此组合Qg,提供了已经被无错检测的仅那些消息的联 合编码，因此添加其自身的添加的冗余，由此创建网络码。
[0099] 参照中继器Rj，相关联的网络编码是维数为Μ的向量aj = [au Β2,γ··3μ,^τ。假定针 对给定的配置，此中继器仅检测其索引位于集合?? C {1,…Μ]中的J条消息，那么网络编码 的结果UR,j是线性组合
其中，代表来自源i的已经被无错地解码并随后被 交错的消息，其中，iejj。运相当于将其索引未被包含在集合J冲的向量a撕系数{ai.Adi设 置为0。因此，有可能针对每个中继器定义有效的网络编码，该网络编码依赖于来自源的消 息使得其还不可能无错地（没有从源到相应的中继器的链路中断）进行检测。在此上下文 中，来自中继器的非传输是有效的网络编码，该网络编码在于Μ维的零向量。向量UR,j可W从 矩阵T中获得，使得：
[0100]
[0101] 其中，^，與是被解码并且随后被交错的消息，T是与被考虑在内的源到中继器 链路的中断的配置相关联的MxL维的编码矩阵，并且L是MARC系统中的中继器数量。当被中 断的源到中继器链路的数量Q小于或等于L时，网络编码据说具有全分集，当且仅当矩阵
[0102] G=[Im T]
[0103] 当随机删除kQ列时从满秩Μ中留下。如果Q = 0(无源到中继器链路被中断），那么 此特性针对任何的中断配置为真，矩阵：
[0104] Go=[Im To]
[0105] 表示最小距离L+1 (汉明最小距离）的最大可分离距离(MDS)码。因为Q = 0,所W遵 循
[0106] Το= [a化2...aL]。
[0107] -般地，函数0R是关于无错检测的消息的满射（映射）函数，但其不是双射(一对 一)函数，并且此函数被称为针对的网络编码函数，其中，iLl是集合L的基数。确切 地，必须存在至少两条无错解码的消息W便能够应用网络编码。
[0108] 在一个实施例中，MARC系统具有一个中继器和两个源。
[0109] 在图8中示出的并且在图9中更详细示出的相关联的网络码是在双元素伽罗瓦 域中的Μ维的向量曰1 = [1，-，1^，即，。2。假定针对给定的配置，此中继器仅无错地检测其索 弓巧集合J, <=々，..Μ]·中的J条消息，然后在选择性接收模式中网络编码的结果％是线性组 舍
F2中的加法是X0R。运相当于将其索引未被包含在集合Ji中的向量曰1的系数 {ail 适置为零。因此，有可能定义有效的网络编码，该网络编码依赖于来自源的消息使得 其还不可能无错地(没有从源到相应的中继器的链路中断）进行检测。在此上下文中，来自 中继器的非传输是有效的网络编码，该网络编码在于Μ维的零向量。向量UR可w是从向量Τ 中获得的，使得：
[0110]
[0111] 其中，Τ是与所考虑的链路到中继器中断的配置相关联的Μ维编码向量。当被中断 的源到中继器链路的数量Q小于或等于1时，网络编码据说具有全分集，当且仅当矩阵
[0112] G=[Im T]
[0113] 当随机删除1-Q列时从满秩Μ中留下（其中，Im是Μ维单位矩阵）。如果Q = 0(无源到 中继器链路被中断），那么此特性针对任何的中断配置为真，矩阵：
[0114]
[0115] 代表具有最小距离为二的MDS码。清楚的是，To = ai。
[0116] 处于非选择性接收模式的网络码相当于非传输。
[0117] 来自函数0S,中的码％,是由信道编码器进行编码的。将所获得的^，位码字写成
此码字可W由连续块的形式表示
i中，T 是第T个传输时隙，在该传输时隙结束时，中继器具有每条信息k个信息位，该每条信息已经 被无错地解码。此码字％，是由交错器交错的。此交错的码字可W由连续块的形式表示：
[0118] 当中继器具有每条消息k个信息位时，该每条消息在第T个传输时隙之后已经被无 错地解码，然后中继器确定满足W下等式的调制阶数為和信道码长度心;:
庚中，Ni是来自运N次连续的传输信道使用中的前T次信道使 用。调制提供被写成;％S援的复数码字，其中，X c C指示基数掛。2心!的复 数信号。此复数码字可W由连续块的形式表示
[0119] 在一种实现方式中，信道编码器的编码速率，^知.A是恒定的，并且因此码长度是 恒定的。调制阶数然后是针对来自中继器的传输保留的在范围T+1至B中的信道使用的数量 的变量和函数。
[0120] 在一种实现方式中，调制阶数斬是恒定的。那么，信道编码器的编码速率4/?? 及因此码长度^;是可变的。可W通过从用固定的编码速率确定的码中选择一个码获得此变 化，有可能从W下非穷举性列表中选择该码:卷积码、Turbo码、LDPC码等。在一种替代方案 中，可W通过有限递增冗余码获得此变化。
[0121] 在一种实现方式中，信道编码器的编码速率*^^/%^及调制阶数^是可变的。
[0122] 目的装置接收由源发射的消息W及可能还有由中继器发射的信号。
[0123] 因此，考虑在第T个传输时隙后中继器从监听阶段切换至编码和传输阶段，然后由 目的装置接收的序列被写成：
[0124]
丰中 6ε{1，2，···，Τ}
[0125] 在中继器已经切换之后，由目的装置接收的序列被写成：
[0126]
i 中 be{T+l，...B}
[0127] 其中，表达式^，〇€€代表源Si与目的装置D之间的信道增益，hR,dec代表中继器R 与目的装置D之间的信道增益，并且eCW*是噪声向量。
[0128] 在运N次传输信道使用结束时，目的装置尝试从每个源中提取消息。通过将接收的 块写成：
[0129]
I：到第T个传输时隙;并且
[0130]
在第T个传输时隙之后；
[0131] 然后在图10中示意性地示出了目的装置的联合信道网络解码器的操作。
[0132] 在每次解码迭代：
[0133] 步骤1，多用户解码器：
[0134] -计算来自源的码字的先验概率比(LAPR)的对数并将其传输至信道解码器；
[0135] -计算来自中继器的码字的LAPR并将其传输至网络解码器；
[0136] 步骤2,信道解码器：
[0137] -计算来自源的交错的码字的LAPR并将其传输至多用户解码器；
[0138] -计算来自源的消息的LAPR并将其传输至网络解码器；
[0139] 步骤3,网络解码器计算：
[0140] 来自中继器的交错的码字的LAPR并将其传输至多用户解码器；
[0141] 来自源的消息的外部LLR，并将其传输至信道解码器；
[0142] 来自源的(经解码的）消息的LAPPR。
[0143] 图11是比示出了目的装置的联合信道网络解码器的图10更详细的图解。此图解示 出了开关(断路器）。当且仅当中继器在运N次传输信道使用过程中被激活时（即，如果其已 经能够无错地解码消息并对传输它的话），该开关闭合。否则，开关打开并且SIS0网络解码 器不被激活。在运种情形下，解码器不仅仅是联合多用户解码器(MUD)和解码器。
[0144] 在一个实施例中，MARC系统具有多个中继器Rj。不管MARC系统的中继器的数量L是 多少，源的操作是相同的，并且运考虑了由源执行的递增冗余编码。
[0145] 每个中继器可W执行W上描述的中继方法而忽略可能有其他中继器转播的信号。
[0146] 在中继器Rj的另一个实施例中，中继器可W考虑已经由一个或多个其他中继器发 射的信号，并且中继器将代表无错解码的消息的信号不仅发送至目的装置D而且发送至一 个或多个其他中继器。在运种实现方式中，参照图2,中继器包括由决策单元DU并且然后由 编码和传输单元Επ?跟随的迭代联合检测解码单元DDU。然而，与图2比较，联合检测解码单 元DDU和编码和传输单元ETU具有某些特定的特征。
[0147] 为了简化描述，考虑具有两个中继器R1和R2的MARC系统。出于说明性目的，假定中 继器R1和R2分别在块τι和Τ2结束时开始发射，并且Τ1《Τ2。在图12中示出了运种情况。在所 示示例中，中继器R1在切换阔值Β1之后并且在中继器R2之前同时解码两个源S1和S2。当中 继器R2已经切换至选择性监听阶段时，中继器R1开始传输代表来自源S1和S2的消息的信 号。如果中继器R1与中继器R2之间的链路质量很好，那么中继器R2可W从由中继器R1传输 的信号中受益。运可W使能够在选择性监听阶段过程中解码两个源，而在缺乏来自中继器 R1的信号的情况下，将已经能够仅解码两个源中的一个源(示例中的源S1)。
[0148] 由中继器R2接收的序列可W被写成：
[0149]
[0150] 同时接收块 b，其中，be{l，2，...，Tl}。
[0151] 在块T1结束时，中继器R1切换至编码和传输阶段。因此，中继器R2开始接收来自中 继器R1的信号。由中继器R2接收的序列可W被写成：
[0152]
司时接收块b，其中，be{Tl，…，T2};
[0153] 其中，表达式代表源Si与中继器R2之间的信道增益，hRi,R2ec代表中继器 尺1与中继器32之间的信道增益，并且11留￡〇^6和11￡ ￡:(：&"*是噪声向量。
[0154] 在图13中示出用于中继器R2的迭代联合检测和解码的单元DDUdDDU使用所有之前 接收的块直到当前块b:嫂，巧，…，嫂W便从源窝&，袋&，…，沒％中提取消息的估计。孤U的 结构及其操作类似于如在图11中针对仅具有一个中继器的MARC系统示出的目的装置的迭 代联合检测和解码单元的结构和操作。参照图13,如果接收的序列，6 = 1，2，...，公-1包含 来自中继器R1的信号，那么相应的开关闭合。如果在网络解码器R1上游的运些开关中的一 个开关闭合，那么网络解码器R1就被激活。
[01W]决策单元DUW与W上描述的相同的方式工作，并且其基于来自源的经解码的消息 做出决策。决策单元DU输出多条源消息，运些源消息已经被无错地解码并在中继器从监听 阶段切换至编码和传输阶段之后被中继器的编码和传输单元ETU所考虑。
[0156] 在切换之后，在图14中示出的ETU具有来自每个源的k个信息位，针对每个源的消 息已经被正确地解码。
[0157] 已经被无错地解码的消息最初被交错，并且然后ETU利用网络编码继续行进。
[0158] 考虑中继器Rj，其中，j = l至L，在图15中详细示出的相关联的网络编码Q?,是在q 元素伽罗瓦域GP(q)中Μ维的向量aj=[ai,j a2,r-aM,j]T其中，q〉2。假定针对给定的配置，此 中继器仅检测其索引位于集合ii C U…M}中的J条消息，那么在选择性接收模式中网络编 码的结果UR,j是线性组合
其中，U'l代表来自源i的已经被交错并被无错地解 码的消息，其中，iejj。运相当于将其索引未被包含在集合J冲的向量a说系数设置 为零。因此，有可能针对每个中继器定义有效的网络编码，该网络编码依赖于来自源的消息 使得其还不可能无错地(没有从源到相应的中继器的链路中断）进行检测。在此上下文中， 来自中继器的非传输是有效的网络编码，该网络编码在于Μ维的零向量。隐含地，无错检测 的消息元素属于GF(q)，其可能需要从二进制域F2到域GF(q)的转化器，并且反之亦然，在图 15中分别写成F和Fi，转化器使得log2 (q)位对应于GF (q)的符号。向量UR, j可W从矩阵T中获 得，使得：
[0159]
[0160] 其中，T是与所考虑的链路到中继器中断的配置相关联的MXL维的编码矩阵。当被 中断的源到中继器链路的数量Q小于或等于L时，网络编码据说具有全分集，当且仅当矩阵
[0161] G=[Im T]
[0162] 当随机删除kQ列时从满秩Μ中留下（其中，Im是Μ维单位矩阵）。如果Q = 0(无源到 中继器链路被中断），那么此特性针对任何的中断配置为真，矩阵：
[0163] Go=[Im To]
[0164] 代表具有最小距离为L+1的MDS码。因为Q = 0,所W遵循
[01 化]To=[ai 日2...化]。
[0166] 处于非选择性接收模式的网络码相当于非传输。
[0167] ETU执行类似于源的编码和调制模式的编码和调制方案:递增冗余编码、每个块不 同的交错、调制。差异来自于添加一个用于根据保留用于来自中继器的传输的传输信道使 用的次数来选择多个块进行传输的单元。此选择单元在交错之前进行干设，但是其可W同 样很好地在交错之后进行干设。编码模块借助于递增冗余码对消息Ua:进行编码并且将消息 %,转换成鸣,比特，写成C& 6皆'所产生的码字C&.被拆分成B'个冗余块，写成哉eF;"S|''' 碎 ' ' , 其中，i = l，2,…，？B。每个块包括％个位，其中
递增冗余码可W是系统类型 的，在运种情况下，信息位被包含在第一个块中：E边,>>不管递增冗余码是否是系统类型 的，其为使得来自B'个块中的第一个块(?能够独立于其他块被解码。最高编码速率为 并且其不可^大于一，與,1>^^'中继器如勺最低效率为^/"*,在第一个块之后的每 ? 〇 〇 个块{诚>:1<?'=^公'}包括奇偶校验位，运些奇偶校验位为第一个块添加冗余，运些块 的：1 < ?'< 6'冲的每个块能够与块1至i-1联合地被解码。
[0168] 每个码诚;由不同的交错器交错，被写成。交错器用于对抗可W在经由信道进 行的传输过程中发生的衰落，并且用于向中继器给出指纹，该指纹使得运些源和中继器更 容易由目的装置分开。
[0169] 用于选择用于传输的块的单元选择多个块，运些块在给定保留的传输信道使用的 数量的情况下可W被传输。假定在接收块T之后中继器从监听阶段切换至编码传输阶段，那 么针对来自中继器的传输保留着B-T个传输信道使用。在交错之后选择的块被给予索引T+1 至B'
[0170] 每个选择的部分巧被调制W便获得复数码字％=[鴻";，..'，瑪'，]，其中， 頂了 + 1,...，於，其中，X cC指定基数|c I =沪的复数信号并且其中， ^,='^/也,.，斯,是调制阶数。
[0171] 在传输信道的B/《B-T个使用过程中，中继器发射由B'个块构成的码字 Xa, =[χΓ'，...，xf']每个块自身是码字，因为其来自递增冗余编码器。 〇
[0172] 参考文献；
[0173] [ 1 ]C.豪斯尔（C.Hausl)、F.施尔恩肯拜什(F. Schrenckenbach)、1.奥科诺米迪斯 (I .Oikonomidis)、G.鲍赫（G.Bauch)，。对Tanner图形的迭代网络和信道编码（Iterative network and channel coding on a Tanner gra地)"，美国国家科学院院刊，关于通信、控 制和计算的年度A1 ledon会议，蒙蒂塞洛，IL，2005。
[0174] [2]C.豪斯尔(C.化usl)、P.杜普拉兹(P.Dupraz)，"针对多址访问中继信道的联合 网络信道编码（Joint Network-畑annel Coding for the Multiple-Access Relay ChannelΓ，美国国家科学院院刊，ieee secon'06，雷斯顿，va，2006年9月。
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[0176] [4]L.己尔化.Bahl)、J.科克〇.(：〇〇46)^.杰利内克巧.扣111161〇和1.拉维夫 (J.Raviv)，"用于使符号出错率最小的线性码的最优译码(Optimal Decoding of Linear Codes for minimizing symbol error rate)"，关于信息论的IE邸会报，ΙΤ-20(2)卷，284- 287 页，1974年3 月。
[0177] 附件；
[017引化3:"对数似然比"
[0179] 针对随机二进制变量U，其对数似然比化LR)由W下关系式定义：
[0180]
[0181] 其中，关系式时(U)指示随机变量U取值U的概率。
[0182] LAPPR:。对数A后验概率比"
[0183] 基于通常对应于接收的信号的观察表示LLR条件句。
[0184]
【主权项】
1. 一种由半双工中继器针对包括多个源、该中继器以及目的装置的电信系统执行的中 继方法（1)，该方法包括： -接收由这些源在传输信道的N次使用过程中发射的多个码字的接收阶段(2)，由源发 射的连续码字对应于B个块，其中的第一个块能够独立于其他块被解码，此阶段包括基于接 收的码字估计来自每个源的消息的解码步骤，该消息与由该源发射的这些码字（cs)相关 联； -由该中继器对无错解码的多条消息执行的检错和决策步骤(3);以及 -对信号进行编码并将其传输至该目的装置的阶段(4)，该信号仅代表已经被无错解码 的那些消息； 从而使得该中继器在接收B1个块之后从非选择性接收转到选择性接收，并且在该检错 和决策步骤的控制下从该接收阶段切换至该编码和传输阶段，1<B1〈B-1，B>2。2. 根据权利要求1所述的方法（1)，其中，这些源在相同的无线电资源上同时进行发射， 并且该解码步骤是迭代的且包括联合检测和联合解码。3. 根据权利要求1所述的方法（1)，其中，在由源相继发射的B个块中，从1到b的块的积 累是具有随着b减小的编码速率的码的码字，l<b<B。4. 根据权利要求1所述的方法（1)，其中，该编码和传输阶段包括网络编码，该网络编码 是应用于被无错解码的这些消息的非双射满射函数。5. 根据前一权利要求所述的方法（1)，其中，该非双射满射函数是无错解码的这些消息 的异或(XOR)。6. 根据权利要求3所述的方法（1)，其中，该递增冗余码是具有可变编码速率的删余 turbo 码。7. 根据权利要求3所述的方法（1)，其中，该递增冗余码是具有可变编码速率的删余卷 积码。8. 根据权利要求3所述的方法(1 )，其中，该递增冗余码是具有可变编码速率的LDPC码。9. 根据权利要求1所述的方法（1)，其中，当与无错解码的多条消息有关的该决策发生 在该信道的第T次使用之后时，那么该中继器确定满足以下等式的由该编码和传输阶段使 用的调制阶数qr和信道编码长度一 Ud 其中，化是来自该N次连续的 传输信道使用中的前T次信道使用。10. 根据权利要求1所述的方法（1)，其中，检错并决定已经被无错解码的多条消息的该 步骤是借助于CRC类型码执行的。11. 根据权利要求1所述的方法（1)，其中，该编码和传输阶段包括信道编码，从而使得 该经信道编码的码字被每块地交错，该码字的每个块由在这些块中不同的交错器交错，并 且其中，该编码和传输阶段进一步包括在交错之后从这些码字块中选择多个块以便将该码 字的用于传输的长度适配成在该中继器已经从该接收阶段切换至该编码和传输阶段之后 保留的信道使用的次数。12. -种半双工中继器(R)，该半双工中继器用于包括多个源、该中继器以及目的装置 的电信系统，用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的中继方法，并且包括： -解码装置(DDU)，该解码装置用于基于所接收的对应于由这些源在N次信道使用过程 中发射的多个码字的多个字估计来自每个源的消息，由源发射的连续码字对应于B个块，其 中的第一个块能够独立于其他块被解码，该消息与由该源发射的这些码字相关联； -编码和传输装置(ETU); -决策装置(DU)，该决策装置用于决定哪些消息已经被无错地解码以便致使该中继器 在接收B1个块之后从非选择性接收转到选择性接收；以及切换装置，该切换装置用于将已 经被无错解码的多条消息切换至该编码和传输装置(ETU)，1<B1〈B-1，B>2。13. 根据前一权利要求所述的中继器(R)，该编码和传输装置(ETU)包括调制器装置和 信道编码装置，并且其中，当该决策装置决定在该信道的第T次使用之后进行变换时，该中 继器然后确定满足以下等式的该调制装置的调制阶数q r和该信道编码装置的信道编码长 度nr: = 其中，Ni是来自该N次连续的信道使用中的前T次信道使用。14. 一种在数据介质上的计算机程序，所述程序包括被适配成用于当所述程序在用于 MARC系统的中继器中被加载并被执行时执行根据权利要求1至8中任一项所述的中继数字 信号的方法的多条程序指令。15. -种数据介质，该数据介质包括被适配成用于当所述程序在用于MARC系统的中继 器中被加载并被执行时执行根据权利要求1至8中任一项所述的中继数字信号的方法的多 条程序指令。
【文档编号】H04L1/00GK106063172SQ201480075663
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】A.穆罕默德, R.维索兹, A.伯塞特
【申请人】奥兰治