CN101369870A - 中继系统中基于物理层网络编码技术的不均等差错保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的技术用于移动通信中继系统中，在中继节点处对两路接收信号中不同重要级别的数据部分进行不均等差错保护合并，相比于传统的均等差错保护合并方法能够提高数据流的传输性能，并且易于实现。本发明将物理层网络编码技术与叠加编码技术相结合，在中继节点处，根据能量系数的不同来实现两路接收信号中不同重要级别数据的加权合并，从而实现不均差错保护。

Description

中继系统中基于物理层网络编码技术的不均等差错保护方法

技术领域

本发明涉及一种中继系统中的不均等差错保护方法，在中继节点对两个用户传送的数据进行合并时，可以通过此项发明来对各个用户中不同重要性等级的数据进行不同的处理，以达到不均等差错保护的目的，提高系统性能。本发明可以应用于简单的三节点信息交换系统，多接入中继系统以及与其相类似的存在中继节点的通信系统等等。

背景技术

近年来，网络编码技术逐渐成为通信领域的热点，主要是因为网络编码技术能够很好的改善系统的吞吐量性能，除此之外，用于中继系统中还可以带来分集增益。物理层网络编码技术区别于传统的网络编码技术之处在于，它是在最基本的物理层实现两路数据的抑或合并，即可以分别对两路信道编码之后或者调制之后的数据进行合并，以达到网络编码的效果。因此采用物理层网络编码技术就能够保证中继节点只有一套接收设备时可以同时处理两路同时到达的数据流，相比于传统的网络编码技术可以减少数据传输进程，进而提高系统的吞吐量性能。一般情况下通过物理层网络编码技术可以在中继节点处实现均等差错保护方法，但其均等的合并方式难以实现对多等级数据分级别处理的要求。此项发明中提出的结合叠加编码的物理层网络编码技术可以很好的解决这个问题。该方法根据两路传送到中继节点数据流中不同部分重要性的差异通过非对等的合并方式来实现不均等差错保护，进而提高系统的性能。

发明内容

为了在中继节点处实现对若干个不同接收数据区的不同级别保护，本发明提出了一种结合网络编码和叠加编码技术的不均等差错保护方法。其基本原则是将其中一路接收数据的较高重要性级别部分与另一路数据的较低重要性级别部分进行不均等合并，合并的差别由中继节点对每个数据的已调制符号进行能量系数的加权来调节，也就是说对高级别保护部分的数据乘以较大的能量加权系数，对低级别保护部分的数据乘以较小的能量加权系数，同时加权系数的选取要保证合并后数据的归一化信号能量保持不变。也就是说改变传统的对等合并方式，通过合并时加权系数的调节在中继节点处实现对若干个不同重要性级别接收数据区的不均等差错保护。接收端解调时，从合并信号中除去接收端已经存有的原始数据，进而解调出想要的数据。本发明具体的实现步骤是：

步骤1：设计将要在中继节点处接收到的两路数据的重组情况，即对两路数据的若干个不同级别保护部分进行交叉配对，按照高低重要性搭配的原则进行设计。

步骤2：在中继节点处对接收到的不同级别数据部分的已调制符号分别进行能量系数的加权，然后再进行合并。

步骤3：中继节点广播或者转发出合并之后的数据，接收者从合并信号中除去接收端已经存有的原始数据，进而解调出想要的数据。

步骤4：重复步骤2、步骤3，直到所有配对的数据都合并转发完毕。

对于接下来到达中继节点的两路数据重复步骤1到步骤4的过程。并且在步骤2处可以根据上一组两路数据的传输情况以及信道条件来自适应的调整能量加权系数，也即调整对不同级别数据的保护程度，以达到更合理的保护方式。

附图说明

结合以下附图以及具体实例对发明所做的详细描述将便于理解发明的原理、步骤、特点，附图中：

图1是表示本发明在三节点视频信息交换示例中的系统模型；

图2是表示本发明中中继节点的数据处理过程示意图，在具体的三节点视频信息交换示例中，只包含其中的两路到达数据，即第一路数据和第二路数据，并且每一路数据包含两个重要性级别的子数据流。

图3是表示本发明在三节点视频信息交换示例中的具体工作步骤，共分为四个时隙，四个图分别展示了四个时隙中三个节点的数据传送过程。

图4是表示本发明中视频数据信息经过了图2和图3的处理步骤后得出的不同α值所对应的节点1所发送的视频图像质量与均等差错保护方案之间的性能对比关系。

图5是表示本发明应用在三节点视频信息交换示例中，根据信道条件自适应调整α的值所得到的视频图像质量与均等差错保护方案之间的性能对比关系。

具体实施方式

无线通信中分级别数据的业务范围比较广泛，为了便于理解，在此使用一种有代表性的例子来阐述本发明的不均等差错保护方案，即采用H.264编码技术的视频数据交换模型。本发明对于所有具有这个示例特征的数据业务普遍适用。

经过H.264视频编码标准处理过的视频流包含三部分的数据信息，其中，A区数据为头信息，重要性最高。B区数据为帧内预测编码残差数据，重要性要比C区数据高。保护级别最低的是C区数据，即帧间编码残差数据。作为帧内预测编码残差数据的B分区非常小，一般情况下都是将B区和C区捆绑传输，即传输视频编码流数据时，一般分成A区和BC区两个数据流，而A区又是其中的重要信息，因此通常所说的不均等差错保护就是对A区进行重点保护，适当的减少对BC区的保护，这样可以在相同的条件下提高传输图像的质量。

传统的采用物理层网络编码的信息交换模式中，并没有根据中继节点接收到数据的重要性来区分合并，采用的是均等差错保护机制，即合并时并不区分ABC三个数据区重要性而直接进行均等合并，此种方式将作为本发明的参考对比方案。

本发明中的不均等差错保护机制需要对将要传送到中继节点的数据进行重组，即要求节点1和节点3不能随意的发送数据，而是按照本方案的要求将两个节点处不同重要级别的数据交叉发送。具体过程如下，其中时隙是指传输一个固定大小的帧所需要的时间，假设每个节点处均采用的是QPSK调制/解调方式：在第一个时隙内，节点1发送的数据A₁和节点3发送的数据BC₃同时到达中继节点2，在节点2处，对A₁和BC₃先进行能量系数的加权处理然后再进行合并，其中E_c1表示节点1信号的能量，E_c3表示节点3信号的能量，E_c2表示节点2发送信号的能量，α表示能量加权系数，取值范围为0<α<1，x₁表示节点1发送过来的信号，x₃表示节点3发送过来的信号：

E_c1＝(1-α)E_c2                      (1)

E_c3＝αE_c2

则节点2处得到的合并信号为：

$x_2=\sqrt{E_{c1}}{x}_1+\sqrt{E_{c3}}{x}_3---\left(2\right)$

由于需要对A₁数据进行重点保护，因此需要选择α的值，使得1-α>α，从而保证A₁能够分得更多的能量。第二个时隙时，节点2将合并后的信号发送到1、3节点处，由于在节点1、3处分别存有原始的A₁、BC₃数据，以节点1为例，按照物理层网络编码的思想，从接收到的合并信号中减去原始数据A₁部分，再进行QPSK解调、译码就可以在节点1处得到BC₃，同时在节点3处也进行相类似的处理得到A₁。第三个时隙内，节点1发送的数据BC₁和节点3发送的数据A₃同时到达中继节点，采用与第一个时隙相类似的处理方法，只不过此时需要重新选择α的值，使得1-α<α，保证A3能够分得更多的能量从而获得更高级别的保护。第四个时隙时，采用类似于第二个时隙的处理方式，在节点1、3处分别得到A₃、BC₁，进而分别恢复出所需的视频数据信息。

综合以上可以看出，本发明所提出的针对中继系统中对不同级别的数据进行不均等差错保护方案的方法具有如下特点：

1.通过物理层网络编码和叠加编码技术的结合，可以实现对中继系统中接收到的不同级别数据进行不均等差错保护的目的，进而提高系统的性能。

2.采用的加权系数调整方案可以根据不同的信息重要性进行特定的调整，更加合理的进行不均等差错保护。

3.在特定的方案下也可以提出自适应调整加权系数的处理方法，避免固定的加权系数带来信道资源的浪费，更好的提高系统性能。

4.对具体的实现方式不敏感，对于存在中继节点以及传输数据流需要分级别保护的系统都适用，并不受限于输入数据以及需要保护数据的个数，具备兼容性。

总之，本发明是一种灵活有效的不均等差错保护方案，其目的是以简单的结构和易实现的方法提高中继系统中分级别数据传输的性能。

Claims (7)

1.一种用于移动通信中继系统中数据的不均等差错保护方法，基于包含中继节点的系统模型，同时处理两路到达中继节点的数据流，其中这两路数据流分别包含若干个不同重要级别的数据部分，在中继节点处对两路数据流中的若干个数据部分按照重要性的差异在物理层进行两两交叉重组，分别赋予不同的能量加权系数进行合并，同时加权系数的选择要保证合并后信号的归一化能量不变。也就是说改变传统的对等合并方式，通过合并时加权系数的调节在中继节点处实现到达数据的不均等差错保护。接收端解调时，从合并信号中除去接收端已经存有的原始数据，进而解调出想要的数据。该方法的具体实现步骤为：

设计将要在中继节点处接收到的两路数据的重组情况，即对将要合并的两路数据的若干个不同级别保护部分进行配对，按照高低优先级搭配的原则进行。

在中继节点处按照设计的方案对接收到的不同级别的数据部分分别进行能量系数的加权，然后再进行合并。

中继节点广播或者转发出合并之后的数据，在接收端，按照物理层网络编码的思想，接收者根据其存有的原始数据部分解调出另一部分数据。

继续上述过程，直到所有配对的数据都合并转发完毕。

并且可以根据前一组数据的传送情况以及信道状况来自适应的调整能量加权系数，也即调整对不同级别数据的保护程度，以达到更合理的保护方式。

2.如权利要求1中所述的用于中继系统中基于物理层网络编码技术的不均等差错保护方法，其特征在于：在中继节点处对两路接收数据中若干个不同重要级别数据部分的已调制符号在物理层进行交叉重组，并且进行能量系数的加权合并以实现不均等差错保护方法。

3.如权利要求1中所述的用于中继系统中基于物理层网络编码技术的不均等差错保护方法，其中在中继节点处对不同重要级别的数据部分进行交叉重组，即其中一路数据中重要性较高的部分与另一路数据中重要性较低的部分进行组合。

4.如权利要求1中所述的用于中继系统中基于物理层网络编码技术的不均等差错保护方法，其中在中继节点处采用能量加权系数的思想，对两路数据的已调制符号乘以不同的能量加权系数后进行合并，同时加权系数的选取要保证合并后信号的归一化能量不变。

5.如权利要求1中所述的用于中继系统中基于物理层网络编码技术的不均等差错保护方法，对于接收到的合并信号的处理，从合并信号中除去接收端已经存有的原始数据，进而解调出想要的数据。

6.如权利要求1中所述的用于中继系统中基于物理层网络编码技术的不均等差错保护方法，可以根据前一组数据的传送情况以及信道状况，自适应的改变能量加权系数的大小，调整对不同级别数据的保护程度，以达到更合理的保护方式。

7.如权利要求1中所述的用于中继系统中基于物理层网络编码技术的不均等差错保护方法，其特征在于其基本实现步骤为：

设计将要在中继节点处接收到的两路数据的重组情况，即对将要合并的两路数据的若干个不同级别保护部分进行配对，按照高低优先级搭配的原则进行。

在中继节点处按照设计的方案对接收到的不同级别的数据部分分别进行能量系数的加权，然后再进行合并。

中继节点广播或者转发出合并之后的数据，在接收端，按照物理层网络编码的思想，接收者根据其存有的原始数据部分解调出另一部分数据。

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