CN101674091B - 基于Turbo译码的网络编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Turbo译码的网络编码方法，它属于无线通信技术领域，主要解决无线通信网络中网络吞吐量有限和中继节点转发效率低的问题。本发明设计了源节点采用不同Turbo码和相同Turbo码两种情况下的网络编码方法，其步骤是：两个源节点将经过Turbo编码的信息同时发送至中继节点，通过对采用不同Turbo码的源节点设计虚拟Trellis图和对采用相同Turbo码的源节点设计虚拟简化Trellis图构造虚拟Turbo码；并对虚拟Turbo码进行最大似然译码获得两个源节点信息的网络编码信息；并将网络编码信息重新进行编码广播到源节点，两个源节点根据译码信息和本地信息获得对方源节点的信息。本发明具有网络吞吐量和中继节点转发效率高的优点，可应用于无线网络通信。

Description

基于Turbo译码的网络编码方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及信道编码和网络编码，具体地说是针对两个源节点和一个中继节点的无线通信网络，设计一种能改善网络吞吐量和误比特性能的网络编码方法。

背景技术

利用中继帮助移动用户转发数据，可获得额外的分集增益，改善接收端的误比特BER性能，是提高移动用户在小区边缘通话质量的有效手段之一。针对图1所示的无线双向中继信道，两个源节点通过一个中继节点交换信息时，通常需要四个时隙，即两个源节点分别占用一个时隙与中继节点进行通信，中继节点占用两个时隙，分别为两个源节点转发数据。

网络编码通过对多条输入链路上收到的数据信息进行一定的线性或非线性编码，可提高网络吞吐量、减少数据包的传输次数、增强网络的容错性和鲁棒性，为提高双向中继信道的传输效率提供了一个有效的方法。

为了提高中继转发效率，美国学者S.Zhang，S.C.Liew和P.P.Lam等人在2006年的移动通信会议上，提出一种物理层网络编码的概念，其基本原理是将两个源节点分别占用一个时隙与中继节点进行通信，然后由中继节点将译码得到两个源节点的数据信息进行模2运算后重新编码转发，需要三个时隙就可以交换一个数据包。2007年，他们又提出了一种基于重复累加编码RA的信道译码-网络编码方案，该方案允许两个源节点同时与中继节点进行通信，并利用RA码的特点设计了一个虚拟编码器，从而使中继节点可根据上述虚拟编码器对接收信号进行译码，直接得到两个源节点的数据信息的模2和结果，并将模2和结果重新编码广播到两个源节点。采用该方案只需要两个时隙就可以交换一个数据包。

上述文献里所给出的方法，只适用于源节点采用规则重复累加码的情况，无法直接推广至源节点采用Turbo码和低密度校验码的情况。同时由于重复累加码只有在低码率的情况下才可获得较好性能，因此，如何将上述虚拟编码的思想推广至源节点采用Turbo码的情况，以进一步提高中继节点的译码性能，是目前需要解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于Turbo译码的网络编码方法，以将信道译码-网络编码直接推广至源节点采用Turbo码的情况，提高网络吞吐量和中继节点的转发效率，改善目的节点的性能。

本发明是这样实现的；

技术方案1，对于源节点采用不同Turbo码的网络编码，包括如下步骤：

(1)采用Turbo码对两个源节点的数据信息d₁，d₂分别进行编码，得出编码序列x₁，x₂，并同时发送至中继节点，若两个源节点都采用BPSK调制，中继节点接收的信号为y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n，n代表信道的加性高斯白噪声；

(2)根据两个源节点采用的Turbo码结构，构造虚拟Turbo编码器的两个联合分量码：

设第1个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为(g₁₁ ⁽¹⁾(D)/g₁₂ ⁽¹⁾(D))，第2个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为(g₂₁ ⁽¹⁾(D)/g₂₂ ⁽¹⁾(D))，则第一联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(1\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(1\right)}\left(D\right)\end{array}\right);$

设第1个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为(g₁₁ ⁽²⁾(D)/g₁₂ ⁽²⁾(D))，第2个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为(g₂₁ ⁽²⁾(D)/g₂₂ ⁽²⁾(D))，则第二联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(2\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(2\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(2\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(2\right)}\left(D\right)\end{array}\right),$

g_i1 ^(j)(D)代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的前向多项式，g_i2 ^(j)(D)代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的反馈多项式；

(3)根据第一联合分量码和第二联合分量码的生成多项式，构造联合分量码的虚拟Trellis图：

(3a)设第1个源节点采用Turbo码中第l个分量码有m₁ ^(l)个移位寄存器，第2个源节点采用的Turbo编码器中第l个分量码有m₂ ^(l)个移位寄存器，则由第l个联合分量码的m₁ ^(l)+m₂ ^(l)个移位寄存器，得出第l个联合分量码有个状态，其中l＝1，2；

(3b)从第1个联合分量码中的任一状态S_i ^(l)出发，根据两个输入比特d₁ ^(l)d₂ ^(l)和第1个联合分量码的生成多项式，计算第1个联合分量码编码器的校验比特输出c₁ ^(l)c₂ ^(l)和下一时刻的状态S_j ^(l)，确定出第1个联合分量码的Trellis图中的一个状态转移，即从状态S_i ^(l)转移至状态S_j ^(l)， $S_i^{\left(l\right)}=\{\mathrm{0,1,2},...,2^{m_1^{\left(l\right)}+m_2^{\left(l\right)}}-1\},$ $d_1^{\left(l\right)}{d}_2^{\left(l\right)}=\left\{\mathrm{00,01,10,11}\right\},$ l＝1，2；

(3c)将S_i ^(l)和d₁ ^(l)d₂ ^(l)遍历所有取值，重复过程(4b)，确定Trellis图所有的状态转移，得出第1联合分量码的Trellis图；

(3d)保持每一个联合分量码的Trellis图的状态数及状态转移关系不变，将两个输入比特和两个校验比特分别进行和运算，构成联合分量码的虚拟Trellis图；

(4)用第l个联合分量码的虚拟Trellis图代替Turbo码的第l个分量码，并用与源节点交织器结构相同的交织器，构成虚拟Turbo码，l＝1，2；

(5)中继节点根据虚拟Turbo码的特点，对接收信号y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n进行最大后验概率译码，得到两个源节点信息相加后的估计序列

(6)中继节点对估计序列

进行模2运算，得出网络编码信息

再对重新进行Turbo编码，并将编码序列广播至两个源节点；

(7)第1个源节点根据接收的信号进行Turbo译码，并将译码结果与本地信息d₁进行模2运算，得到第2个源节点的估计信息

第2个源节点根据接收的信号进行译码，并将译码结果与本地信息d₂模2运算，得到第1个源节点的估计信息

技术方案2，对于源节点采用相同Turbo码的网络编码，包括如下步骤：

1)采用Turbo码对两个源节点的数据信息d₁，d₂分别进行编码，得出编码序列x₁，x₂，并同时发送至中继节点，若两个源节点都采用BPSK调制，中继节点接收的信号为y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n，n代表信道的加性高斯白噪声；

2)根据两个源节点采用的Turbo码结构，构造虚拟Turbo编码器的两个联合分量码：

设第1个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为(g₁₁ ⁽¹⁾(D)/g₁₂ ⁽¹⁾(D))，第2个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为(g₂₁ ⁽¹⁾(D)/g₂₂ ⁽¹⁾(D))，则第一联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(1\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(1\right)}\left(D\right)\end{array}\right);$

设第1个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为(g₁₁ ⁽²⁾(D)/g₁₂ ⁽²⁾(D))，第2个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为(g₂₁ ⁽²⁾(D)/g₂₂ ⁽²⁾(D))，则第二联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(2\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(2\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(2\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(2\right)}\left(D\right)\end{array}\right),$

g_i1 ^(j)(D)代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的前向多项式，g_i2 ^(j)(D)代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的反馈多项式；

3)根据第一联合分量码和第二联合分量码的生成多项式，构造联合分量码的简化虚拟Trellis图：

3a)当两个源节点采用的Turbo编码器中的第l个分量码有m^(l)个移位寄存器，则由第l个联合分量码有2m^(l)个移位寄存器，得出联合分量码有

个状态，其中l＝1，2；

3b)从第l个联合分量码中的第一个分量码的0状态开始，找第l个联合分量码中的第二个分量码的状态数不小于第一个分量码状态数的状态，与第一个分量码的状态联合，构成Trellis图的简化状态，遍历第l个联合分量码的第一个分量码的的

个状态，得出简化后的状态数为

l＝1，2；

3c)从简化后的状态的任一状态S_i ^(l)出发，根据两个输入比特d₁ ^(l)d₂ ^(l)和第l个联合分量码的编码器结构，计算第l个联合分量码编码器的校验比特输出c₁ ^(l)c₂ ^(l)和下一时刻的状态S_j ^(l)，确定出第l个联合分量码的Trellis图中从状态S_i ^(l)转移至状态S_j ^(l)的一个简化状态转移，其中 $S_i^{\left(l\right)}=\{\mathrm{0,1,2},...,2^{2m^{\left(l\right)}}(2^{{2m}^{\left(l\right)}}+1)/2-1\},$ $d_1^{\left(l\right)}{d}_2^{\left(l\right)}=\left\{\mathrm{00,01,10,11}\right\};$

3d)将S_i ^(l)和d₁ ^(l)d₂ ^(l)遍历所有取值，重复步骤(5c)，确定Trellis图所有的简化状态转移，得出第l联合分量码的简化Trellis图；

3e)保持每一个联合分量码的简化Trellis图状态数及状态转移关系不变，将两个输入比特和两个校验比特分别进行和运算，构成联合分量码的简化虚拟Trellis图；

4)用第l个联合分量码的简化虚拟Trellis图代替Turbo码的第l个分量码，并用与源节点交织器结构相同的交织器，构成虚拟Turbo码，l＝1，2；

5)中继节点根据虚拟Turbo码的特点，对接收信号y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n进行最大后验概率译码，得到两个源节点信息相加后的估计序列

6)中继节点对估计序列

进行模2运算，得出网络编码信息

再对

重新进行Turbo编码，并将编码序列广播至两个源节点；

7)第1个源节点根据接收的信号进行Turbo译码，并将译码结果与本地信息d₁进行模2运算，得到第2个源节点的估计信息

第2个源节点根据接收的信号进行译码，并将译码结果与本地信息d₂模2运算，得到第1个源节点的估计信息

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明由于在中继节点上采用了基于Turbo译码的网络编码，使中继节点直接译出两个源节点发送信息的模2和，不仅可用两个时隙完成两个源节点的信息交互，使吞吐量可以达到1/2符号/用户/符号周期，并且可以提高中继节点的译码性能；

2.本发明由于针对两个源节点采用相同Turbo码的情况提出了一种虚拟简化Trellis图，因而可在不损失性能的前提下降低中继节点的译码复杂度。

附图说明

图1是本发明的无线双向中继通信网络模型；

图2是本发明源节点采用不同Turbo码的网络编码流程图；

图3是图2流程构造联合分量码虚拟Trellis图的子流程图；

图4是本发明源节点采用相同Turbo码的网络编码流程图；

图5是图4流程构造联合分量码简化虚拟Trellis图的子流程图；

图6是本发明实施例1的联合分量码结构图；

图7是本发明实施例1的联合分量码的Trellis图；

图8是本发明实施例1的虚拟Trellis图；

图9是本发明实施例2的联合分量码结构图；

图10是本发明实施例2的简化虚拟Trellis图；

图11是本发明实施例2与现有MMSE-PNCF译码方法的性能比较图；

具体实施方式

参照图2，本发明源节点采用不同Turbo码的网络编码方法，包括如下步骤：

步骤1，两个源节点的Turbo编码。

参照图1，采用不同Turbo码对两个源节点N₁，N₂的数据信息d₁，d₂分别进行编码，得出编码序列x₁，x₂，并在第一个时隙同时发送编码序列至中继节点N₃，若两个源节点都采用BPSK调制，中继节点接收的信号为y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n，n代表信道的加性高斯白噪声。

步骤2，构造联合分量码。

根据两个源节点采用的Turbo码结构，构造虚拟Turbo码的两个联合分量码：

设第1个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为(g₁₁ ⁽¹⁾(D)/g₁₂ ⁽¹⁾(D))，第2个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为(g₂₁ ⁽¹⁾(D)/g₂₂ ⁽¹⁾(D))，构造出第一联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(1\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(1\right)}\left(D\right)\end{array}\right),$

设第1个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为(g₁₁ ⁽²⁾(D)/g₁₂ ⁽²⁾(D))，第2个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为(g₂₁ ⁽²⁾(D)/g₂₂ ⁽²⁾(D))，构造出第二联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(2\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(2\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(2\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(2\right)}\left(D\right)\end{array}\right),$

g_i1 ^(j)(D)代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的前向多项式，g_i2 ^(j)(D)代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的反馈多项式。

步骤3，构造联合分量码的虚拟Trellis图。

如图3所示，根据第一联合分量码和第二联合分量码的生成多项式，按照如下步骤构造联合分量码的虚拟Trellis图：

3.1)1个源节点采用Turbo码中第l个分量码有m₁ ^(l)个移位寄存器，第2个源节点采用的Turbo编码器中第l个分量码有m₂ ^(l)个移位寄存器，则由第l个联合分量码的m₁ ^(l)+m₂ ^(l)个移位寄存器，得出第l个联合分量码有

个状态，其中l＝1，2；

3.2)第l个联合分量码中的任一状态S_i ^(l)出发，根据两个输入比特d₁ ^(l)d₂ ^(l)和第l个联合分量码的生成多项式，计算第l个联合分量码编码器的校验比特输出c₁ ^(l)c₂ ^(l)和下一时刻的状态S_j ^(l)，确定出第l个联合分量码的Trellis图中的一个状态转移，即从状态S_i ^(l)转移至状态S_j ^(l)， $S_i^{\left(l\right)}=\{\mathrm{0,1,2},...,2^{m_1^{\left(l\right)}+m_2^{\left(l\right)}}-1\},$ $d_1^{\left(l\right)}{d}_2^{\left(l\right)}=\left\{\mathrm{00,01,10,11}\right\},$ l＝1，2；

3.3)将S_i ^(l)和d₁ ^(l)d₂ ^(l)遍历所有取值，重复过程3.2)，确定Trellis图所有的状态转移，得出第l联合分量码的Trellis图；

3.4)保持每一个联合分量码的Trellis图的状态数及状态转移关系不变，将两个输入比特和两个校验比特分别进行和运算，构成联合分量码的虚拟Trellis图。

步骤4，构造虚拟Turbo码。

用第l个联合分量码的虚拟Trellis图代替Turbo码的第l个分量码，并用与源节点交织器结构相同的交织器，构成虚拟Turbo码，l＝1，2。

步骤5，中继节点最大后验概率译码。

中继节点N₃根据虚拟Turbo码的特点，对接收信号y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n进行最大后验概率译码，得到两个源节点信息相加后的估计序列

步骤6，中继节点重新编码并广播信号。

中继节点N₃对估计序列

进行模2运算，得出网络编码信息

再对

重新进行Turbo编码，并参照图1，在第二个时隙中继节点N₃将编码序列广播至两个源节点N₁，N₂。

步骤7，两个源节点分别译码，获得对方节点信息。

源节点N₁根据接收的信号进行Turbo译码，并将译码结果与本地信息d₁进行模2运算，得到源节点N₂的估计信息源节点N₂根据接收的信号进行译码，并将译码结果与本地信息d₂模2运算，得到源节点N₁的估计信息

参照图4，源节点采用相同Turbo码的网络编码方法，包括如下步骤：

步骤A，两个源节点Turbo编码。

参照图1，采用相同Turbo码对两个源节点N₁，N₂的数据信息d₁，d₂分别进行编码，得出编码序列x₁，x₂，并在第一个时隙同时发送编码序列至中继节点，若两个源节点都采用BPSK调制，中继节点接收的信号为y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n，n代表信道的加性高斯白噪声。

步骤B，构造联合分量码。

根据两个源节点采用的相同Turbo码结构，构造虚拟Turbo编码器的两个联合分量码：

设第1个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为(g₁₁ ⁽¹⁾(D)/g₁₂ ⁽¹⁾(D))，第2个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为(g₂₁ ⁽¹⁾(D)/g₂₂ ⁽¹⁾(D))，则第一联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(1\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(1\right)}\left(D\right)\end{array}\right),$

设第1个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为(g₁₁ ⁽²⁾(D)/g₁₂ ⁽²⁾(D))，第2个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为(g₂₁ ⁽²⁾(D)/g₂₂ ⁽²⁾(D))，则第二联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(2\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(2\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(2\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(2\right)}\left(D\right)\end{array}\right),$

g_i1 ^(j)(D)代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的前向多项式，g_i2 ^(j)(D)代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的反馈多项式。

步骤C，构造联合分量码的虚拟Trellis图。

参照图5，根据第一联合分量码和第二联合分量码的生成多项式，按照如下步骤构造联合分量码的简化虚拟Trellis图：

C1)设两个源节点采用的Turbo编码器中的第l个分量码有m^(l)个移位寄存器，则由第l个联合分量码有2m^(l)个移位寄存器，得出联合分量码有

个状态，其中l＝1，2；

C2)从第l个联合分量码中的第一个分量码的0状态开始，找第l个联合分量码中的第二个分量码的状态数不小于第一个分量码状态数的状态，与第一个分量码的状态联合，构成Trellis图的简化状态，遍历第l个联合分量码的第一个分量码的的

个状态，得出简化后的状态数为

l＝1，2；

C3)从简化后的状态的任一状态S_i ^(l)出发，根据两个输入比特d₁ ^(l)d₂ ^(l)和第l个联合分量码的编码器结构，计算第l个联合分量码编码器的校验比特输出c₁ ^(l)c₂ ^(l)和下一时刻的状态S_j ^(l)，确定出第l个联合分量码的Trellis图中从状态S_i ^(l)转移至状态S_j ^(l)的一个简化状态转移，其中 $S_i^{\left(l\right)}=\{\mathrm{0,1,2},...,2^{2m^{\left(l\right)}}(2^{{2m}^{\left(l\right)}}+1)/2-1\},$ $d_1^{\left(l\right)}{d}_2^{\left(l\right)}=\left\{\mathrm{00,01,10,11}\right\};$

C4)将S_i ^(l)和d₁ ^(l)d₂ ^(l)遍历所有取值，重复步骤C3)，确定Trellis图所有的简化状态转移，得出第l联合分量码的简化Trellis图；

C5)保持每一个联合分量码的简化Trellis图状态数及状态转移关系不变，将两个输入比特和两个校验比特分别进行和运算，构成联合分量码的虚拟简化Trellis图。

步骤D，构造虚拟Turbo码。

用第l个联合分量码的简化虚拟Trellis图代替Turbo码的第l个分量码，并用与源节点交织器结构相同的交织器，构成虚拟Turbo码，l＝1，2。

步骤E，中继节点最大后验概率译码。

中继节点N₃根据虚拟Turbo码的特点，对接收信号y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n进行最大后验概率译码，得到两个源节点信息相加后的估计序列

步骤F，中继节点重新编码并广播信号。

中继节点N₃对估计序列

进行模2运算，得出网络编码信息再对

重新进行Turbo编码，并参照图1，在第二个时隙中继节点N₃将编码序列广播至两个源节点N₁，N₂。

步骤G，两个源节点分别译码，获得对方节点信息。

源节点N₁根据接收的信号进行Turbo译码，并将译码结果与本地信息d₁进行模2运算，得到源节点N₂的估计信息

源节点N₂根据接收的信号进行译码，并将译码结果与本地信息d₂模2运算，得到源节点N₁的估计信息

实施例1：

第1步，采用两个分量码生成多项式均为1/1+D的Turbo码对第一个源节点进行编码，两个分量码生成多项式均为1+D²/1+D+D²的Turbo码对第二个源节点进行编码，得出编码序列，并将编码序列同时发送到中继节点。

第2步，由第一个源节点的Turbo码第一个分量码的生成多项式1/1+D，第二个源节点的Turbo码第一个分量码的生成多项式1+D²/1+D+D²，构造出第一联合分量码的生成多项式为 $\left(\begin{array}{cc}1/1+D& 0\\ 0& 1+D^2/1+D^2\end{array}\right),$

由第一个源节点的Turbo码第二个分量码的生成多项式1/1+D，第二个源节点的Turbo码第二个分量码的生成多项式1+D²/1+D+D²，构造出第二联合分量码的生成多项式为 $\left(\begin{array}{cc}1/1+D& 0\\ 0& 1+D^2/1+D^2\end{array}\right),$

D代表分量码从第一个移位寄存器的后抽头，D²代表分量码从第二个移位寄存器的后抽头，

第一联合分量码和第二联合分量码具有相同的生成多项式，其码结构均如图6所示。

第3步，按照下述过程可以构造第一联合分量码的虚拟Trellis图：

由第一联合分量码的第一个分量码有一个移位寄存器，第二个分量码有两个移位寄存器，得出第一联合分量码有8个状态分别为：000，001，010，011，100，101，110，111，将这8个状态用十进制数表示分别为：0，1，2，3，4，5，6，7；

第一联合分量码的每个状态都有4个输入比特分别为：00，01，10，11，用十进制数表示为：0，1，2，3；

当第一联合分量码的初始状态为0，输入比特为0时，将第一联合分量码的输入比特和生成多项式相乘，得到联合分量码的输出比特为0，下一状态为1，确定了图7的第一个状态转移分支，输入比特和输出比特在状态转移分支的右侧表示；

按照上述同样的方法，遍历第一联合分量码的所有状态：0，1，2，3，4，5，6，7和所有输入比特：0，1，2，3，确定联合分量码的Trellis图，如图7所示；

保持第一联合分量码的Trellis图的状态数和状态转移关系不变，将两个输入比特和两个校验比特分别做和运算，得出第一联合分量码的虚拟Trellis图，如图8所示。

第4步，由于第一联合分量码和第二联合分量码具有相同的生成多项式，得出第二联合分量码和第一联合分量码具有相同的虚拟Trellis图，如图8所示。。

第5步，用第一联合分量码的虚拟Trellis图代替Turbo码的第1个分量码，用第二联合分量码的虚拟Trellis图代替Turbo码的第2个分量码，并用与源节点交织器结构相同的交织器，构成虚拟Turbo码。

第6步，中继节点对接收信号进行最大后验概率译码，并对译码信息进行模2运算，得到网络编码信息，将网络编码信息重新进行Turbo编码，广播至两个源节点。

第7步，第一源节点将接收的信号进行Turbo译码，再将译码信息和本地信息模2和，得出第二源节点的估计信息；

第二源节点将接收的信号进行Turbo译码，再将译码信息和本地信息模2和，得出第一源节点的估计信息。

实施例2：

第1步，采用两个分量码生成多项式均为1+D²/1+D+D²的Turbo码分别对两个源节点进行编码，并将编码序列同时发送至中继节点。

第2步，由第一个源节点的Turbo码第一个分量码的生成多项式1+D²/1+D+D²，第二个源节点的Turbo码第一个分量码的生成多项式1+D²/1+D+D²，构造出第一联合分量码的生成多项式为 $\left(\begin{array}{cc}1+D^2/1+D+D^2& 0\\ 0& 1+D^2/1+D{+D}^2\end{array}\right),$

由第一个源节点的Turbo码第二个分量码的生成多项式1+D²/1+D+D²，第二个源节点的Turbo码第二个分量码的生成多项式1+D²/1+D+D²，构造出第二联合分量码的生成多项式为 $\left(\begin{array}{cc}1+D^2/1+D+D^2& 0\\ 0& 1+D^2/1+D{+D}^2\end{array}\right),$

D代表分量码从第一个移位寄存器的后抽头，D²代表分量码从第二个移位寄存器的后抽头。

第一联合分量码和第二联合分量码具有相同的生成多项式，其码结构均如图9所示。

第3步，按照下述过程构造第一联合分量码的简化虚拟Trellis图：

由两个源节点采用Turbo码的第一个分量码都有2个移位寄存器，得出第一联合分量码有2⁴＝16个状态，将这16个状态用四维二进制向量a₃a₂a₁a₀表示，分别为0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111，a₃a₂代表第一联合分量码的第一个分量码所确定的状态，a₁a₀代表第一联合分量码的第二个分量码所确定的状态；

第一联合分量码的第一个分量码有4个状态：00，01，10，11，第二个分量码有4个状态：00，01，10，11。当第一个分量码的状态为00时，第二个分量码不小于00状态的状态为00，01，10，11；当第一个分量码的状态的状态为01时，第二个分量码不小于01状态的状态为01，10，11；当第一个分量码的状态的为10时，第二个分量码不小于10状态的状态为10，11；当第一个分量码的状态为11时，第二个分量码不小于11状态的状态为11；将第一个分量码的状态与第二个分量码的状态组合起来，构成了联合分量码的的10个简化状态：0000，0001，0010，0011，0101，0110，0111，1010，1011，1111，将这10个状态用十进制数表示分别为：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9；

第一联合分量码的每个简化状态都有4个输入比特分别为：00，01，10，11，用十进制数表示为：0，1，2，3；

当第一联合分量码的状态为0，输入比特为0时，将联合分量码的输入比特和生成多项式相乘，得出联合分量码的下一状态为0，输出比特为0，确定了第一联合分量码的一个状态转移分支；

按照上述的方法，遍历联合分量码的所有简化状态和所有的输入比特，确定联合分量码的简化Trellis图；

保持联合分量码的简化Trellis图的状态数及状态转移关系不变，将两个输入比特和两个校验比特分别做和运算，构成第一联合分量码的简化虚拟Trellis图，如图10所示，输入比特和输出比特在状态转移分支的右侧表示。

第4步，由于第二联合分量码和第一联合分量码具有相同的生成多项式，可以得出第二联合分量码与第一联合分量码具有相同的简化虚拟Trellis图，如图10所示。

第5步，用第一联合分量码的简化虚拟Trellis图代替Turbo码的第1个分量码，用第二联合分量码的简化虚拟Trellis图代替Turbo码的第2个分量码，并用与源节点交织器结构相同的交织器，构成虚拟Turbo码。

第6步，中继节点对接收信号进行最大后验概率译码，并对译码信息进行模2运算，得到网络编码信息，并将网络编码信息重新进行Turbo编码，广播至两个源节点。

第7步，第一源节点将接收的信号进行Turbo译码，再将译码信息和本地信息模2和，得出第二源节点的估计信息；

第二源节点将接收的信号进行Turbo译码，再将译码信息和本地信息模2和，得出第一源节点的估计信息。

为了进一步说明本发明方法带来的有益结果，图11给出了实施例2在AWGN信道中，源节点采用1/3码率Turbo码中继节点的译码性能曲线，并与《Physical-LayerNetwork Coding Schemes over Finite and Infinite Fields》一文中给出的基于MMSE-PNCF译码方法进行了比较。由图11可看出，当两种方案源节点采用相同Turbo码编码，在误比特率10^-5时，本发明的联合Turbo译码网络编码方法比PNCF方法有接近0.5dB的编码增益。

Claims (4)

1.一种源节点采用不同Turbo码的网络编码方法，包括如下步骤：

(1)采用不同Turbo码对两个源节点N₁，N₂的数据信息d₁，d₂分别进行编码，得出编码序列x₁，x₂，并在第一个时隙同时发送编码序列至中继节点N₃，若两个源节点都采用BPSK调制，中继节点接收的信号为y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n，n代表信道的加性高斯白噪声；

(2)根据两个源节点采用的Turbo码结构，构造虚拟Turbo编码器的两个联合分量码：

设第1个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为

第2个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为

则第一联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(1\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(1\right)}\left(D\right)\end{array}\right);$

设第1个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为

第2个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为

则第二联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(1\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(1\right)}\left(D\right)\end{array}\right),$

代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的前向多项式，

代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的反馈多项式；

(3)根据第一联合分量码和第二联合分量码的生成多项式，构造联合分量码的虚拟Trellis图：

(3a)设第1个源节点采用Turbo码中第l个分量码有

个移位寄存器，第2个源节点采用的Turbo编码器中第l个分量码有

个移位寄存器，则由第l个联合分量码的

个移位寄存器，得出第l个联合分量码有个状态，其中l＝1，2；

(3b)从第l个联合分量码中的任一状态

出发，根据两个输入比特

和第l个联合分量码的生成多项式，计算第l个联合分量码编码器的校验比特输出

和下一时刻的状态

确定出第l个联合分量码的Trellis图中的一个状态转移，即从状态

转移至状态

$d_1^{\left(l\right)}{d}_2^{\left(l\right)}=\left\{\mathrm{00,01,10,11}\right\},l=\mathrm{1,2};$

(3c)将和

遍历所有取值，重复过程(3b)，确定Trellis图所有的状态转移，得出第l联合分量码的Trellis图；

(3d)保持每一个联合分量码的Trellis图的状态数及状态转移关系不变，将两个输入比特和两个校验比特分别进行和运算，构成联合分量码的虚拟Trellis图；

(4)用第l个联合分量码的虚拟Trellis图代替Turbo码的第l个分量码，并用与源节点交织器结构相同的交织器，构成虚拟Turbo码，l＝1，2；

(5)中继节点根据虚拟Turbo码的特点，对接收信号y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n进行最大后验概率译码，得到两个源节点信息相加后的估计序列

(6)中继节点对估计序列

进行模2运算，得出网络编码信息再对重新进行Turbo编码，并在第二个时隙中继节点N₃将编码序列广播至两个源节点；

(7)第1个源节点根据接收的信号进行Turbo译码，并将译码结果与本地信息d₁进行模2运算，得到第2个源节点的估计信息

第2个源节点根据接收的信号进行译码，并将译码结果与本地信息d₂模2运算，得到第1个源节点的估计信息

2.根据权利要求1所述的网络编码方法，其中步骤(3d)所述的将两个输入比特和两个校验比特分别进行和运算，是将联合分量码Trellis图的输入比特

和校验比特

分别进行相加，得出联合分量码虚拟Trellis图的输入数据和校验数据其中l＝1，2。

3.一种源节点采用相同Turbo码的网络编码方法，包括如下步骤：

1)采用相同Turbo码对两个源节点的数据信息d₁，d₂分别进行编码，得出编码序列x₁，x₂，并在第一个时隙同时发送编码序列至中继节点，若两个源节点都采用BPSK调制，中继节点接收的信号为y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n，n代表信道的加性高斯白噪声；

2)根据两个源节点采用的Turbo码结构，构造虚拟Turbo编码器的两个联合分量码：

设第1个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为

第2个源节点Turbo码的第一个分量码生成多项式为

则第一联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(1\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(1\right)}\left(D\right)\end{array}\right);$

设第1个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为第2个源节点Turbo码的第二个分量码生成多项式为

则第二联合分量码的生成多项式为：

$\left(\begin{array}{cc}{g}_{11}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{12}^{\left(1\right)}\left(D\right)& 0\\ 0& g_{21}^{\left(1\right)}\left(D\right)/g_{22}^{\left(1\right)}\left(D\right)\end{array}\right),$

代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的前向多项式，

代表第i个源节点Turbo码中第j个分量码的反馈多项式；

3)根据第一联合分量码和第二联合分量码的生成多项式，构造联合分量码的简化虚拟Trellis图：

3a)当两个源节点采用的Turbo编码器中的第l个分量码有m^(l)个移位寄存器，则由第l个联合分量码有2m^(l)个移位寄存器，得出联合分量码有

个状态，其中l＝1，2；

3b)从第l个联合分量码中的第一个分量码的0状态开始，找第l个联合分量码中的第二个分量码的状态数不小于第一个分量码状态数的状态，与第一个分量码的状态联合，构成Trellis图的简化状态，遍历第l个联合分量码的第一个分量码的的

个状态，得出简化后的状态数为

l＝1，2；

3c)从简化后的状态的任一状态

出发，根据两个输入比特

和第l个联合分量码的编码器结构，计算第l个联合分量码编码器的校验比特输出

和下一时刻的状态

确定出第l个联合分量码的Trellis图中从状态转移至状态

的一个简化状态转移，其中

$d_1^{\left(l\right)}{d}_2^{\left(l\right)}=\left\{\mathrm{00,01,10,11}\right\};$

3d)将

和

遍历所有取值，重复步骤3c)，确定Trellis图所有的简化状态转移，得出第l联合分量码的简化Trellis图；

3e)保持每一个联合分量码的简化Trellis图状态数及状态转移关系不变，将两个输入比特和两个校验比特分别进行和运算，构成联合分量码的简化虚拟Trellis图；

4)用第l个联合分量码的简化虚拟Trellis图代替Turbo码的第l个分量码，并用与源节点交织器结构相同的交织器，构成虚拟Turbo码，l＝1，2；

5)中继节点根据虚拟Turbo码的特点，对接收信号y＝(2x₁-1)+(2x₂-1)+n进行最大后验概率译码，得到两个源节点信息相加后的估计序列

6)中继节点对估计序列进行模2运算，得出网络编码信息

再对

重新进行Turbo编码，并在第二个时隙中继节点N₃将编码序列广播至两个源节点；

7)第1个源节点根据接收的信号进行Turbo译码，并将译码结果与本地信息d₁进行模2运算，得到第2个源节点的估计信息

第2个源节点根据接收的信号进行译码，并将译码结果与本地信息d₂模2运算，得到第1个源节点的估计信息

4.根据权利要求3所述的网络编码方法，其中步骤3e)所述的将两个输入比特和两个校验比特分别进行和运算，是将联合分量码Trellis图的输入比特和校验比特分别进行相加，得出联合分量码虚拟Trellis图的输入数据

和校验数据其中l＝1，2。

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