基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法
【專利摘要】基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，本發(fā)明涉及基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在瑞利信道誤碼率高及在M(M>3)節(jié)點(diǎn)的中繼系統(tǒng)中，需要傳輸?shù)臅r(shí)隙數(shù)量增多，系統(tǒng)的吞吐量降低的問題。對(duì)于一個(gè)M節(jié)點(diǎn)的中繼系統(tǒng)，包括M-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，任意一個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)利用兩個(gè)時(shí)隙通過中繼節(jié)點(diǎn)獲得其他任意用戶節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的信息；在第一個(gè)時(shí)隙中，所有M-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行唯一可譯碼編碼后的信息，發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)；在第二個(gè)時(shí)隙中，中繼節(jié)點(diǎn)經(jīng)過判決和轉(zhuǎn)發(fā)，把判決后的結(jié)果以廣播的形式發(fā)送，每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)通過把接收到的廣播信息與唯一可譯碼的譯碼匹配。本發(fā)明應(yīng)用于通信領(lǐng)域。
【專利說明】基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在通信領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)編碼（Network Coding，NC)逐漸成為 了一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)編碼可以用于無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，并且給予 信息論，無線通信，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等方面以很大的影響。而物理層網(wǎng)絡(luò)編碼（physical-layer network coding, PNC)已經(jīng)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)編碼領(lǐng)域中的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)。PNC通過有效 地利用中繼節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)，通過減少節(jié)點(diǎn)間需要傳輸?shù)臅r(shí)隙數(shù)量，從而提高了系統(tǒng)的吞吐量， 不僅如此，PNC可以看作是一種協(xié)作通信。
[0003] 關(guān)于PNC的研究，主要集中在以下方向。首先，關(guān)于PNC的編碼方式上的研究，包括 卷積碼，低密度奇偶校驗(yàn)碼（Low Density Parity Check Code,LDPC)，LDPC積累碼等等。其 次，關(guān)于PNC調(diào)制方法的研究，包括不同的調(diào)制方式，包括頻移鍵控調(diào)制（Frequency-shift keying, FSK)，正交幅度調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM)等等。除此之外， 還有關(guān)于PNC中同步問題，信道容量等問題的研究。
[0004] 現(xiàn)有的關(guān)于PNC的研究大多數(shù)都是在高斯信道（additive white Gaussian noise，AWGN)下，并且PNC在高斯信道下具有優(yōu)秀的性能。而在瑞利信道中，PNC將很難進(jìn) 行，而現(xiàn)有的解決方案是利用多天線系統(tǒng)（Multiple-Input Multiple-Output, ΜΙΜ0)。但 是這樣會(huì)浪費(fèi)掉ΜΙΜΟ技術(shù)帶來的自由度增益。不僅如此，在Μ(Μ>3)節(jié)點(diǎn)中繼系統(tǒng)中，包括 Μ-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)和1個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，此時(shí)PNC將很難實(shí)現(xiàn)異或（X0R)運(yùn)算。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是要解決現(xiàn)有物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在瑞利信道誤碼率高及在M(M>3)節(jié)點(diǎn)的中 繼系統(tǒng)中，需要傳輸?shù)臅r(shí)隙數(shù)量增多，系統(tǒng)的吞吐量降低的問題，而提供了基于唯一可譯碼 的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法。
[0006] 基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0007] 對(duì)于一個(gè)Μ節(jié)點(diǎn)的中繼系統(tǒng)，包括M-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，任意一個(gè)用戶 節(jié)點(diǎn)利用兩個(gè)時(shí)隙通過中繼節(jié)點(diǎn)獲得其他任意用戶節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的信息；
[0008] 其中，在第一個(gè)時(shí)隙中，所有Μ-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行唯一可譯碼編碼后的信息，發(fā) 送給中繼節(jié)點(diǎn)；
[0009] 然后在第二個(gè)時(shí)隙中，中繼節(jié)點(diǎn)經(jīng)過判決和轉(zhuǎn)發(fā)，把判決后的結(jié)果以廣播的形式 發(fā)送，每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)通過把接收到的廣播信息與唯一可譯碼的譯碼匹配，從而獲得其余用 戶節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的信息，即完成了基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法。
[0010] 發(fā)明效果：
[0011] 本發(fā)明針對(duì)多節(jié)點(diǎn)中繼系統(tǒng)中PNC的缺點(diǎn)，從編碼的角度入手，將唯一可譯碼應(yīng) 用在物理層，通過在中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)不同用戶終端進(jìn)行映射，從而提高了系統(tǒng)的吞 吐量。不僅如此。本發(fā)明提出的基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)策略，即使在瑞利信道中，也有 不錯(cuò)的誤碼率性能。
[0012] 高斯信道下，本發(fā)明的信道容量，以Μ = 3時(shí)，當(dāng)信噪比較大時(shí)（SNR>8dB)，相對(duì)于 PNC將有著質(zhì)的提升，將突破Μ = 3時(shí)，PNC的信道容量上限（0. 5)，而采用性能更好的唯一 可譯碼，甚至可以讓信道容量的上界接近0. 75。而當(dāng)M>3時(shí)，利用唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)系 統(tǒng)，可以大幅度減少傳輸時(shí)隙，并且通過2時(shí)隙即可完成，大大提升了系統(tǒng)的吞吐量。
[0013] 本發(fā)明提出的基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)策略，在Μ = 3的情況下，時(shí)隙1成瑞利 信道時(shí)，仍有可以接受的誤符號(hào)性能，并且具有較好的信道容量，此時(shí)仍舊能突破PNC信道 容量的理論上界0. 5。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是【具體實(shí)施方式】一中的Μ節(jié)點(diǎn)的中繼系統(tǒng)框圖；
[0015] 圖2是【具體實(shí)施方式】二中的時(shí)隙1系統(tǒng)框圖；
[0016] 圖3是【具體實(shí)施方式】三中的時(shí)隙2系統(tǒng)框圖；
[0017] 圖4是【具體實(shí)施方式】二中的時(shí)隙1系統(tǒng)流程圖；
[0018] 圖5是【具體實(shí)施方式】三中的時(shí)隙2系統(tǒng)流程圖；
[0019] 圖6是仿真實(shí)驗(yàn)中誤碼率仿真圖；
[0020] 圖7是仿真實(shí)驗(yàn)中吞吐量仿真圖。

【具體實(shí)施方式】

【具體實(shí)施方式】 [0021] 一：本實(shí)施方式的基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法按以下步驟實(shí) 現(xiàn)：
[0022] 對(duì)于一個(gè)Μ節(jié)點(diǎn)的中繼系統(tǒng)，包括Μ-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，任意一個(gè)用戶 節(jié)點(diǎn)利用兩個(gè)時(shí)隙通過中繼節(jié)點(diǎn)獲得其他任意用戶節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的信息；
[0023] 其中，在第一個(gè)時(shí)隙中，所有Μ-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行唯一可譯碼編碼后的信息，發(fā) 送給中繼節(jié)點(diǎn)；
[0024] 然后在第二個(gè)時(shí)隙中，中繼節(jié)點(diǎn)經(jīng)過判決和轉(zhuǎn)發(fā)，把判決后的結(jié)果以廣播的形式 發(fā)送，每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)通過把接收到的廣播信息與唯一可譯碼的譯碼匹配，從而獲得其余用 戶節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的信息，即完成了基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法。

【具體實(shí)施方式】 [0025] 二：本實(shí)施方式與一不同的是：所述第一個(gè)時(shí)隙的執(zhí) 行步驟如下：
[0026] 步驟一，所有Μ-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)，將用戶節(jié)點(diǎn)的有效信息數(shù)據(jù)通過唯一可譯碼編碼 器，得到編碼后的碼字屯，d 2, ...，dH ;其中，所述每一個(gè)碼字都是一個(gè)η維向量；
[0027] 步驟二，將步驟一中得到的Μ-1個(gè)碼字屯，d2, . . .，djH，分別調(diào)制成Sp s2, . . .，Sjk, 其中Si代表第一個(gè)時(shí)隙中，第i個(gè)用戶發(fā)送的調(diào)制后的符號(hào)，其中，i = 1，2, . . .，Μ-1 ;

【權(quán)利要求】
1. 基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法按以 下步驟實(shí)現(xiàn)： 對(duì)于一個(gè)Μ節(jié)點(diǎn)的中繼系統(tǒng)，包括M-ι個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，任意一個(gè)用戶節(jié)點(diǎn) 利用兩個(gè)時(shí)隙通過中繼節(jié)點(diǎn)獲得其他任意用戶節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的信息； 其中，在第一個(gè)時(shí)隙中，所有Μ-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行唯一可譯碼編碼后的信息，發(fā)送給 中繼節(jié)點(diǎn)； 然后在第二個(gè)時(shí)隙中，中繼節(jié)點(diǎn)經(jīng)過判決和轉(zhuǎn)發(fā)，把判決后的結(jié)果以廣播的形式發(fā)送， 每個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)通過把接收到的廣播信息與唯一可譯碼的譯碼匹配，從而獲得其余用戶節(jié)點(diǎn) 所發(fā)送的信息，即完成了基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述第一個(gè)時(shí) 隙的執(zhí)行步驟如下： 步驟一，所有Μ-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)，將用戶節(jié)點(diǎn)的有效信息數(shù)據(jù)通過唯一可譯碼編碼器，得 到編碼后的碼字屯，d2, ...，dH ;其中，所述每一個(gè)碼字都是一個(gè)η維向量； 步驟二，將步驟一中得到的Μ-1個(gè)碼字屯，d2, . . .，djH，分別調(diào)制成Sp s2, . . .，Sh，其中 Si代表第一個(gè)時(shí)隙中，第i個(gè)用戶發(fā)送的調(diào)制后的符號(hào)，其中，i = 1，2,. . .，Μ-1 ; 步驟三，將步驟二中的Si，s2, . . .，Sh分別經(jīng)過信道k h2, . . .，hH，在中繼節(jié)點(diǎn)接收到 信號(hào); 其中，
⑴ 其中，所述wK表示在第一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，中繼節(jié)點(diǎn)處的高斯白噪聲，并且^為η維向量； 所述信道]^，]!；^ . . . ，如果h = h2 =…=hiH = 1，那么在時(shí)隙1中，每個(gè)用戶和中 繼節(jié)點(diǎn)的信道就是高斯信道； 如果信道匕，h2，…h(huán)H都是服從獨(dú)立同分布的瑞利分布，那么每個(gè)用戶和中繼節(jié)點(diǎn)的信 道就是瑞利信道； 步驟四，將rK通過中繼節(jié)點(diǎn)的判決器判決為判決后的符號(hào)4 ·， 步驟五，計(jì)算集合
其中，h代表第一個(gè)時(shí)隙由第i個(gè)用戶到中繼節(jié) 點(diǎn)的信道參數(shù)，Si為一個(gè)η維向量，i表示第i個(gè)用戶； 步驟六，判斷之是否屬于RKelay，如果是，則該時(shí)隙完成，如果否，則調(diào)至步驟三，將 Sp s2, . . .，Sjh分別經(jīng)過信道hp h2, . . .，hiH重新發(fā)送，在中繼節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)rK。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述第二 個(gè)時(shí)隙的執(zhí)行步驟如下： 步驟一，將t通過中繼節(jié)點(diǎn)以廣播的形式通過信道h' ph' 2，…h(huán)' η發(fā)送出去；其 中，所述信道h' nh' 2，…h(huán)' η，如果h' i = h' 2=…=h' 1^ = 1，那么第2個(gè)時(shí)隙 中，中繼節(jié)點(diǎn)和每個(gè)用戶的廣播信道就是瑞利信道； 如果信道h' ph' 2，…h(huán)' η都是服從獨(dú)立同分布的瑞利分布，那么第2個(gè)時(shí)隙中， 中繼節(jié)點(diǎn)和每個(gè)用戶的廣播信道就是瑞利信道； 步驟二，在所有的M-1個(gè)用戶中，把接收到的廣播信息r,, r。.....判決成 爾I…，4_1;其中，ri代表在第二個(gè)時(shí)隙中，第i個(gè)用戶接受到的信號(hào)，則ri(l彡i彡M-ι) 為

(2) 其中
為獨(dú)立同分布的高斯白噪聲， 均為η維向量； 6表示在第二個(gè)時(shí)隙中，第i個(gè)用戶接受到的信號(hào)&被判決后的結(jié)果； 步驟三，計(jì)算
i表示第二個(gè)時(shí)隙由中繼節(jié)點(diǎn)到第i個(gè)用 戶信道； 步驟四，判斷屯4，…，^?，是否都在&_中，如果是，進(jìn)行步驟五，第二個(gè)時(shí)隙結(jié)束；否 貝1J，則調(diào)至步驟一，將&通過中繼節(jié)點(diǎn)以廣播的形式重新發(fā)送； 步驟五，在M-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)上分別托
i通過唯一可譯碼編碼器映射，譯碼成
，時(shí)隙二結(jié)束。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述唯一可譯 碼編碼具體為： 在Μ節(jié)點(diǎn)的中繼系統(tǒng)中，假設(shè)對(duì)于第i個(gè)用戶（1彡i彡M-1)的唯一可譯碼字集合為 (；，并假設(shè)每個(gè)用戶的碼字集合中，有|C」個(gè)碼字，每個(gè)碼字長度均為n，由唯一可譯碼的定 義可知，在第i個(gè)用戶中，任取兩個(gè)不同的碼字 Ui和u',，需要滿足
(3) 其中，公式（1)兩端都是一個(gè)η維向量，并且向量為Μ進(jìn)制； 令集合Ε，為Μ-1個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)的所有可能的長度為η的碼字的按位做和的集合，集合 Ε表示為
，其中i = 1，2，...，Μ-1，根據(jù)唯一可譯碼的定義，可知集合Ε中有
卜元素，每一個(gè)元素都為η維的Μ進(jìn)制向量； 譯碼過程中如下，由于Μ-1個(gè)用戶的唯一可譯碼的性質(zhì)，已知任意的Μ-1個(gè)碼字的和， 就可以唯一地映射成這Μ-1個(gè)碼字，即唯一可譯碼的譯碼方式是根據(jù)碼字的和向量，通過 映射，還原出Μ-1個(gè)碼字。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述第一個(gè)時(shí) 隙的執(zhí)行步驟二中調(diào)制方式如果是BPSK，那么 Sj = 2 · dj-I, (i = 1, 2,. . . , Μ-1) (4) 其中，I為η維全1向量即I = (1, 1,, 1)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于唯一可譯碼的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于所述判決為硬 判決或是軟判決。
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK104158628SQ201410421529
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】于啟月, 李亞添, 智小楠, 孟維曉 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)