CN101394211B - 可获得多阶分集的中继协作通信方法 - Google Patents
可获得多阶分集的中继协作通信方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101394211B CN101394211B CN 200810232010 CN200810232010A CN101394211B CN 101394211 B CN101394211 B CN 101394211B CN 200810232010 CN200810232010 CN 200810232010 CN 200810232010 A CN200810232010 A CN 200810232010A CN 101394211 B CN101394211 B CN 101394211B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- memory
- node
- information
- constantly
- memory cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明公开了一种无线通信领域中可获得多阶分集的中继协作通信方法，主要解决现有中继协作通信中多数方案获得的分集增益低之问题。具体步骤为：源节点对t时刻信息进行编码后以广播形式发送；中继节点收到源节点t时刻发送信号后进行译码，并将译码信息送入中继节点存储器；中继节点对中继节点存储器中的所有信息进行网络与信道联合编码，使当前时刻与前n个时刻收到的源节点信息同时向目的节点转发；目的节点采用最大似然迭代译码，并将译码信息的后验概率送入后验概率存储器。本发明能够在不增加中继转发次数的条件下提高协作系统分集增益，适用于无线中继协作通信。
Description
技术领域
本发明设计属于无线通信领域，涉及网络信道编码的中继信息转发，特别是一种中继协作通信方法，用于中继通信协作网络获得多阶分集增益。
背景技术
无线通信技术是信息时代最重要技术之一。随着无线通信技术的不断发展，人们对高速数据传输的需求也更加迫切，而无线频带资源却相对有限，于是人们想方设法来提高频谱利用率，以在有限的频带上实现更高速率的数据传输。多输入多输出MIMO能大大提高系统的容量，并且能够克服无线信道多径衰落带来的影响，提供空间分集，已被视为未来无线通信中最有竞争力的技术之一，且已被作为后3G的候选技术。
实际中考虑到移动终端的体积、功耗以及制造工艺等限制，很难安装多个天线，因此有学者提出了协作通信技术。该技术具有为单天线终端提供空间分集和增加系统容量的优点，现已成为蜂窝网、无线自组织网络Ad hoc和传感器网络等领域中的研究热点之一。Laneman等学者在“IEEE Trans.Information Theory，2004，50(12)：3062-3080”上发表文章“Cooperative diversity in wireless network：efficient protocolsand outage behavior”分析了放大中继AF、解码中继DF和编码协作CC等方案。
网络编码NC最早被用在有线网络中，它结合了编码和路由的思想，使来自不同节点的信息同时编码，提高了系统的容量，并且有文献证明该技术可以逼近网络容量的理论极限。随着协作通信的出现，网络编码被应用到了无线通信领域。由于协作通信普遍采用中继信道，因此结合网络编码的协作通信协议同样可以提高网络吞吐量，增强信息传输的可靠性。例如Chen Y等人发表在“Wireless Communicationsand Networking Conference”上的文献“Wireless diversity through network coding”就提出了一种在中继节点利用网络编码对多个源节点消息同时进行中继，从而提高了频谱利用率的方案。此外该文献还从中断率角度证明该方案可达到完全分集，但是该文献并没有研究信道编码。随后，Xiao L等学者在“IEEE Trans.on InformationTheory”上发表的文章“A network coding approach to cooperative diversity”将信道编码和网络编码结合，通过提高协作用户间传输可靠性等方法提出了一种更有效的用户协作分集方案，但该方案的分集度在单中继下只能是2。日前，Han J等学者在“IEEE Communications Letters”上发表的文章“A simple technique to enhancediversity order in wireless fading relay channels”提出一种利用网络编码提高协作分集增益的方法，可使单中继协作下的分集增益提高至3，但该方法没有考虑到结合信道编码的情况。因此需要寻找一种利用网络编码和信道编码思想，进一步提高系统分集增益的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对目前中继协作通信中多数方案获得的分集增益不高的问题，提出了一种可获得多阶分集的中继协作通信方法，以利用无线通信中不同时段信道衰落相互独立且具有相同分布的性质，增加分集增益；提高系统的通信质量。
实现本发明目的技术方案，包括以下步骤：
(1)源节点将t时刻信息s(t)进行信道编码后以广播形式发送；
(2)中继节点收到源节点t时刻发送信号后进行译码和校验，并将该时刻译码信息r(t)送入中继节点存储器，删去t-n-1时刻送入中继节点存储器的译码信息，其中t＞n≥1；
(3)中继节点对中继节点存储器中的所有信息进行网络与信道联合编码，使当前时刻与前n个时刻收到的源节点信息同时向目的节点转发；
(4)目的节点将中继和源节点t至t+n时刻的发送信号分别送入源信息存储器和中继信息存储器，并删去两个存储器中在t-1时刻送入的数据；
(5)在t+n时刻，目的节点准备对源节点t时刻发送信息进行译码，此时将源信息存储器中存储的t时刻数据和中继信息存储器中所有数据，以及后验概率存储器中所有数据输入目的节点译码器；
(6)在t+n时刻，目的节点译码器采用最大后验概率迭代方法对t时刻源节点发送信息进行译码，译码后输出后验概率
并送入后验概率存储器，删去后验概率存储器中t时刻送入的后验概率并对后验概率
进行判决，得到源节点t时刻发送信息。
本发明利用无线通信中不同时段信道衰落相互独立且具有相同分布的性质，在中继节点采用将当前时刻与前n个时刻收到的源节点信息同时转发的方法，因而能在平坦瑞利块衰落信道下可获得n+2阶分集增益，避免了已有方案中为获得多阶分集增益，而在不同时刻多次转发同一信息的问题，既节省了中继节点的功率消耗，也提高了系统的工作效率。仿真结果表明本发明可获得3阶以上分集增益，使系统的误码率性能得到了明显的提高。
附图说明
图1是已有的三节点中继协作通信模型图；
图2是本发明工作流程图；
图3是本发明中继节点的模型图；
图4是本发明目的节点的模型图；
图5是本发明与已有未协作方式和多次解码转发方式的性能比较图；
图6是本发明的误码率性能与中继节点接收信噪比的关系图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1是本发明采用的已有三节点中继协作通信模型，其中包括源节点S、中继节点R和目的节点D。
参照图2，本发明利用图1三节点中继协作通信模型进行中继协作通信的具体步骤如下：
步骤1：源节点以广播形式发送信息。
源节点对t时刻准备发送的原始信息s(t)进行信道编码，得到编码后的信息CS(t)，然后以广播形式将其发送。
步骤2：中继节点对源节点t时刻发送的信息进行译码和存储。
2a中继节点对收到源节点t时刻发送的信息进行译码和校验，该译码信息r(t)表示为：
2b中继节点参照图3所示的中继节点的模型将译码信息r(t)送入中继存储器，该中继节点存储器包含n+1个存储单元，能够存储t-n至t时刻的中继节点的译码信息，即：r(t-n)、r(t-n+1)、…、r(t)，其具体操作过程为：
先将当前时刻译码信息数据r(t)送入第0个存储单元；再将原第0个存储单元中的数据r(t-1)送入第1个存储单元中；以此类推，直到将原第n-1个存储单元中数据r(t-n)送入第n个存储单元中；
步骤3：中继节点对存储器中所有信息进行网络与信道联合编码得到编码后的中继信息CR(t)，随后将该编码信息向目的节点发送。
参照图3，本步骤的具体过程为：
3a设定网络与信道联合编码条件，即：
中继节点存储器第j个存储单元对应编码矩阵Gj和中继节点存储器第i个存储单元对应编码矩阵Gi的关系为：Gj≠Gi(0≤i，j≤n，i≠j)；
源节点编码速率c/b，中继节点总编码速率p/q的关系为：c(n+1)/q＜1。
3b根据设定的上述条件将编码矩阵对应中继存储器中数据一一对应，即第j个存储单元中的数据采用编码矩阵Gj进行编码；
3c对每个存储单元编码后的数据进行异或运算，得到中继信息，并向目的节点发送该中继信息。
步骤4：目的节点将中继和源节点t至t+n时刻的发送信号分别送入源信息存储器和中继信息存储器。
目的节点的源信息存储器和中继信息存储器均包含n+1个存储单元，能够存储t至t+n时刻源节点和中继节点发送信号。该源信息存储器和中继信息存储器采用移位存储方式，具体存储过程为：先将t+n时刻源节点和中继节点发送信号分别送入源信息存储器和中继信息存储器的第0个存储单元，再将源第0个存储单元中数据送入第1个存储单元中；以此类推，直到将原第n-1个存储单元中数据送入第n个存储单元中，如图4-I部分所示。
步骤5：在t+n时刻，目的节点准备对源节点t时刻发送信息进行译码，此时将源信息存储器中第n个存储单元中的数据和中继信息存储器中所有数据，以及后验概率存储器中所有数据输入目的节点译码器。
步骤6：在t+n时刻，目的节点对t时刻源节点发送信息进行最大后验概率迭代译码，并将译码输出的后验概率
送入后验概率存储器。
目的节点的最大后验概率存储器包含n个存储单元，可存储t-n至t-1时刻目的节点译码信息
的后验概率
该最大后验概率存储器采用移位存储方式，具体存储过程为：先将t+n时刻译码得到的最大后验概率数据
送入第0个存储单元，再将原第0个存储单元中的数据
送入第1个存储单元；以此类推，直到将原第n-2个存储单元中数据送入第n-1个存储单元中，如图4-III部分所示。
目的节点译码过程参照图4-II部分，具体如下：
6a在t+n时刻最大后验概率译码器0输入源信息存储器第n个存储单元中的数据，即t时刻源节点发送信号，译码器0输入先验概率为0，经过译码后输出关于译码信息的后验概率
6b在t+n时刻最大后验概率译码器1输入中继信息存储器第n个存储单元中的数据，即t时刻中继节点发送信号，译码器1输入先验概率为
以及后验概率存储器第0至第n个存储单元中的数据
经过译码后输出关于译码信息
的后验概率
6c在t+n时刻最大后验概率译码器2输入中继信息存储器第n-1个存储单元中的数据，即t+1时刻中继节点发送信号，此时译码器2输入先验概率为以及后验概率存储器第0至第n-1个存储单元中的数据，经过译码后输出关于译码信息
的后验概率
6d按步骤6b-6c类推，在t+n时刻最大后验概率译码器n+1输入中继信息存储器第0个存储单元中的数据，即t+n时刻中继节点发送信号，此时译码器n+1输入先验概率为
经过译码后输出关于译码信息
的后验概率完成第一轮译码；
6e从第二轮译码，即第1次迭代开始将
作为最大后验概率译码器0的先验输入，其后的译码过程与第一轮相同。
本发明的效果可以通过以下仿真图进一步说明：
仿真条件：采用图1给出的三节点协作通信系统模型，信道为平均增益是1的瑞利块衰落信道；噪声为0均值，功率谱密度为1的加性高斯白噪声；设源节点和中继节点平均分配功率，即其发射功率均为0.5P，P为系统总功率；对应3阶分集方案，S节点采用编码率为1/3，生成矩阵为GS＝[133]的卷积码；R节点采用总编码率为2/3，编码矩阵为G0＝[310]和G1＝[233]的卷积码；对应4阶分集方案，S节点采用编码速率为1/4，生成矩阵为GS＝[1133]的卷积码，R节点采用总编码率为3/4，编码矩阵分别为G0＝[3210]、G1＝[3121]和G2＝[2223]的卷积码；
为了比较本发明可获得的分集增益，采用已有的解码转发协议为对比模型.在解码转发模型中，中继节点采用与上述源节点相同的编码矩阵，并在不同时刻分别对接收信号解码转发1次、2次和3次，即可产生2阶、3阶和4阶分集增益；D节点采用最大比合并以及维特比译码。为了公平，令最大比合并后的平均接收信噪比值等于P，仿真结果如图5和图6所示。
图5比较了完全协作条件下采用本发明的多阶分集方法与已有未协作方式和中继多次解码转发方式的性能；由图5可见，本发明与未协作方式相比，可显著提高系统误码率性能；与分别解码转发2次和3次方式相比，同样可获得3阶和4阶分集增益，并在误码率为10-5处还获得了0.8dB和0.4dB的性能提升，其原因在于本发明虽然没有增加中继转发次数，但实际增加了信息的发送次数，故使同一信息可处于3个和4个不同时刻的衰落中，因此获得了多阶分集增益。
图6进一步分析了中继节点平均接收信噪比对系统性能的影响，其中源节点和中继节点的编码速率分别为1/3和2/3。通过比较发现，当信道条件恶化时，即接收信噪比为0dB时，本发明虽然不能获得多阶分集增益，但与未协作方式相比仍有大约2dB左右的性能提升，同时还发现随着中继节点平均接收信噪比的增加该方案性能显著提升，因此可通过选择可靠中继的方法使本法明的优点得到最大的发挥。
本发明并不局限于上述实施例，在不脱离本申请权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可做出各种修改或改型。
Claims (7)
1.一种可获得多阶分集的中继协作通信方法，包括以下步骤：
(1)源节点将t时刻信息s(t)进行信道编码后以广播形式发送；
(2)中继节点收到源节点t时刻发送信号后进行译码和校验，并将该时刻译码信息r(t)送入中继节点存储器，删去t-n-1时刻送入中继节点存储器的译码信息，其中t＞n≥1；
(3)中继节点对存储器中所有信息进行网络与信道联合编码，得到编码后的中继信息，并将该编码后的中继信息发送给目的节点；
(4)由目的节点将中继和源节点在t至t+n时刻的发送信号分别送入源信息存储器和中继信息存储器，并删去两个存储器中在t-1时刻送入的数据；
(5)在t+n时刻，目的节点准备对源节点t时刻发送信息进行译码，此时将源信息存储器中存储的t时刻数据和中继信息存储器中所有数据，以及后验概率存储器中所有数据输入目的节点译码器；
(6)在t+n时刻，目的节点译码器采用最大后验概率迭代方法对t时刻源节点发送信息进行译码，译码后输出后验概率
并送入后验概率存储器，删去后验概率存储器中t时刻送入的后验概率
并对后验概率进行判决，得到源节点t时刻发送信息。
2.根据权利要求1所述的中继协作通信方法，其中步骤(2)所述中继节点存储器包含n+1个存储单元，能够存储t-n至t时刻的中继节点的译码信息，即：r(t-n)、r(t-n+1)、…、r(t)。
3.根据权利要求1或2所述中继协作通信方法，其中步骤(2)所述将t时刻译码信息r(t)送入中继节点存储器，同时删去t-n-1时刻送入中继节点存储器的译码信息，采用移位存储方式，即先将当前时刻译码信息数据r(t)送入第0个存储单元；再将原第0个存储单元中的数据r(t-1)送入第1个存储单元中；以此类推，直到将原第n-1个存储单元中数据r(t-n)送入第n个存储单元中。
4.根据权利要求1所述的中继协作通信方法，其中步骤(4)所述目的节点的源信息存储器和中继信息存储器均包含n+1个存储单元，可存储t至t+n时刻源节点和中继节点发送信号。
5.根据权利要求1所述的中继协作通信方法，其中步骤(4)所述源信息存储器和中继信息存储器，采用移位存储方式，即先将t+n时刻源节点和中继节点发送信号分别送入源信息存储器和中继信息存储器的第0个存储单元，再将源第0个存储单元中数据送入第1个存储单元中；以此类推，直到将原第n-1个存储单元中数据送入第n个存储单元中。
6.根据权利要求1所述的中继协作通信方法，其中步骤(6)所述后验概率存储器，包含n个存储单元，这些存储单元能够存储t-n至t-1时刻的目的节点译码信息 …和 的后验概率 …和
7.根据权利要求1所述的中继协作通信方法，其中步骤(6)所述后验概率存储器，采用移位存储方式，即先将t+n时刻译码得到的最大后验概率数据
送入第0个存储单元，再将原第0个存储单元中的数据
送入第1个存储单元；以此类推，直到将原第n-2个存储单元中数据送入第n-1个存储单元中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810232010 CN101394211B (zh) | 2008-10-30 | 2008-10-30 | 可获得多阶分集的中继协作通信方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200810232010 CN101394211B (zh) | 2008-10-30 | 2008-10-30 | 可获得多阶分集的中继协作通信方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101394211A CN101394211A (zh) | 2009-03-25 |
| CN101394211B true CN101394211B (zh) | 2013-06-12 |
Family
ID=40494318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200810232010 Expired - Fee Related CN101394211B (zh) | 2008-10-30 | 2008-10-30 | 可获得多阶分集的中继协作通信方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101394211B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101951306B (zh) * | 2010-10-19 | 2013-02-13 | 北京理工大学 | 基于迭代检测和译码原理的多址协作通信方法 |
| CN102118228B (zh) * | 2011-01-19 | 2013-04-17 | 中国科学技术大学 | 一种基于压缩前传的多源单中继协作方法 |
| CN102136883B (zh) * | 2011-03-15 | 2013-05-08 | 清华大学 | 基于网络编码的协作中继传输方法 |
| CN102299733B (zh) * | 2011-09-08 | 2013-11-06 | 中国人民解放军理工大学 | 协同通信系统的中继编码构造方法 |
| CN107222243B (zh) * | 2017-01-06 | 2021-02-26 | 国网新疆电力公司电力科学研究院 | 基于输电线路冗余路径的无线网络连接装置及使用方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101009531A (zh) * | 2006-01-25 | 2007-08-01 | 华为技术有限公司 | 进行差错控制的方法和互助中转系统 |
| CN101083497A (zh) * | 2006-05-30 | 2007-12-05 | 株式会社Ntt都科摩 | 多用户发送分集及中继方法和系统 |
-
2008
- 2008-10-30 CN CN 200810232010 patent/CN101394211B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101009531A (zh) * | 2006-01-25 | 2007-08-01 | 华为技术有限公司 | 进行差错控制的方法和互助中转系统 |
| CN101083497A (zh) * | 2006-05-30 | 2007-12-05 | 株式会社Ntt都科摩 | 多用户发送分集及中继方法和系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101394211A (zh) | 2009-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106100794B (zh) | 一种基于打孔的极化码的编码协作方法 | |
| CN106100795B (zh) | 一种基于Plotkin构造和信息位重休眠的Polar码编码协作方法 | |
| CN103095423B (zh) | 基于d2d组间通信的多用户协同传输方法 | |
| US8462893B2 (en) | Receiver and method for decoding a receive signal in a wireless communication system | |
| CN101394255B (zh) | 多用户无线网络中的两用户协作通信方法 | |
| Rezki et al. | Ergodic secret message capacity of the wiretap channel with finite-rate feedback | |
| CN101399583A (zh) | 蜂窝通信系统中的协作伙伴选择和预编码协作通信方法 | |
| CN102545992B (zh) | Df中继系统的最优中继选择和功率分配方法 | |
| CN101394211B (zh) | 可获得多阶分集的中继协作通信方法 | |
| CN101442394B (zh) | 可迭代译码的网络编码协作通信方法 | |
| Pawar et al. | Diversity-multiplexing tradeoff of the half-duplex relay channel | |
| CN101309127A (zh) | 基于网络编码的分布式mimo传输方法 | |
| CN102780545B (zh) | 放大转发分布式协作系统发射天线选择方法 | |
| CN102013950B (zh) | 一种结合高阶域网络编码的协作传输方法 | |
| i Amat et al. | An analytical expression of the probability of error for relaying with decode-and-forward | |
| CN102334379B (zh) | 中继站中进行联合处理及基站进行相应处理的方法和装置 | |
| Nasaruddin et al. | Energy-efficient multiple-relay cooperative networks using hamming coding | |
| Shen et al. | Energy efficient HARQ for ultrareliability via novel outage probability bound and geometric programming | |
| Zhen et al. | Outage probability analysis for cooperative vehicular ad-hoc networks based on dynamic network coding | |
| Mousavi et al. | A relay subset selection scheme for wireless sensor networks based on channel state information | |
| Zeng et al. | Polar coded cooperative differential spatial modulation based on plotkin construction and quasi-uniform puncturing | |
| Khisti et al. | Streaming data over fading wireless channels: The diversity-multiplexing tradeoff | |
| Zhou et al. | Distributed joint source-channel coding for relay systems exploiting spatial and temporal correlations | |
| CN102281122A (zh) | 一种多用户联合校验中继协作通信的方法及系统 | |
| Islam et al. | Capacity and BER analysis for Nakagami-n channel in LDPC coded wireless sensor network |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130612 Termination date: 20171030 |