CN101697510B - 上行数据传输的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种上行数据传输的方法和装置，该方法包括：确定编码用户集合，所述编码用户集合中的用户发送的数据需要中继进行网络编码后再转发；接收所述中继经过网络编码后再转发的用户数据；对所述用户数据进行解码以得到所需的数据。本发明实施例通过定义集合为中继指定进行网络编码的用户，使得中继可以对满足要求的用户数据进行网络编码后再转发，从而使得本发明实施在获得空间增益的同时又能充分利用频谱资源。

Description

上行数据传输的方法和装置

技术领域

本发明是数据传输领域，尤其涉及蜂窝系统中一种上行数据传输的方法和装置。

背景技术

由于无线信号的天然广播特性，现有蜂窝系统中用户发送到基站的上行数据传输主要有两种方式：一种是通过和基站之间的直接通信链路进行数据传输，另一种是通过中继进行直接转发至基站。正是上述两种传输方式的存在使得现有蜂窝系统可以运用协作分集来空间增益。

所谓协作分集是指源节点发出的信号通过直传方式或中继转发方式发送至目的节点，目的节点则按照一定的准则合并从中继节点和源节点所接收到的两路独立的衰落信号，从而获得空间增益。在协作分集中，中继节点仅起着存储转发的作用。

现有的蜂窝系统中也已经应用了协作分集的技术，虽然这种蜂窝系统相比以前已经具有了较高的空间增益，但是，随着用户的大量增加，其频谱利用率不高的缺陷越来越明显，网络性能的衰退也越来越严重。

发明内容

本发明实施例提供了一种上行数据传输的方法和装置，用于提高蜂窝系统中的频谱利用率以及提高当用户增多时的网络性能。

本发明实施例提供了一种上行数据传输的方法，该方法包括：通过定义编码用户集合来为中继指定需要进行网络编码后再转发的用户；接收所述中继经过网络编码后再转发的用户数据；对所述用户数据进行解码以得到所需的数据。所述确定编码用户集合包括：得到中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i；从所述编码用户集合M'_i中选择适当的用户添加到编码用户集合Q_i中，所述编码用户集合Q_i中的用户为所述中继RS_i需要进行网络编码后再转发的用户，其中，1≤i≤M，M为当前基站所对应的所有中继的数目。

本发明实施例还提供了一种上行数据传输的装置，包括：编码用户指定单元,用于通过定义编码用户集合来为中继指定需要进行网络编码后再转发的用户；数据接收单元，用于接收所述中继经过网络编码后再转发的用户数据；解码单元，对所述用户数据进行解码以得到所需的数据。所述编码用户指定单元还包括：集合获取模块，用于获取到中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i；编码用户添加模块，用于从所述编码用户集合M'_i中选择适当的用户添加到编码用户集合Q_i中，所述编码用户集合Q_i中的用户为所述中继RS_i需要进行网络编码后再转发的用户，其中，1≤i≤M，M为当前基站所对应的所有中继的数目

本发明实施例通过定义集合为中继指定进行网络编码的用户，使得中继可以对满足要求的用户数据进行网络编码后再转发，从而使得本发明实施在获得空间增益的同时又能充分利用频谱资源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的应用场景结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种上行数据传输的方法流程图；

图3为一种网络编码的流程示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种上行数据传输的方法流程图；

图5为本发明实施例二提供的一种确定需要进行网络编码的用户集合Q_i的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种蜂窝系统中上述数据传输的示意图；

图7为本发明实施例四提供的一种上行数据传输的装置的结构示意图；

图8为本发明实施例五提供的一种上行数据传输的装置的结构示意图；

图9为本发明实施例五提供的一种编码用户添加模块结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种仿真测试结果图；

图11为本发明实施例提供的另一种仿真测试结果图；

图12为本发明实施例提供的另一种仿真测试结果图；

图13为本发明实施例提供的另一种仿真测试结果图；

图14为本发明实施例提供的另一种仿真测试结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在描述本发明实施例前，先对本发明实施例的应用场景作一下介绍，如图1所示为本发明实施例的应用场景结构示意图。如图1中所示，本发明实施例的应用场景为一个蜂窝系统，该蜂窝系统内可以分为3个部分：基站、中继和用户，用户可以通过两种方式对基站进行上行数据传输：1、通过和基站之间的直接通信链路进行数据传输；2、通过中继的转发来进行数据传输。下面对本发明实施例中用户在该场景下的传输方式进行介绍：

图1中的虚线指的是用户的数据不经过网络编码直接传输到基站,这里即包括图中的两种情况：用户1通过中继3向基站发送数据以及用户2直接向基站发送数据。

实线是指中继2将收到的用户1和用户2的数据后，将该数据进行网络编码后再发送给基站。

点划线指的是用户2向基站发送的数据在基站1和基站2处可能会参与网络编码。

实施例一

本发明实施例所指的上行数据传输是指蜂窝系统中用户将数据传送给基站，而本实施例是从基站侧对本发明所作的描述。如图2所示为本发明实施例一提供的一种上行数据传输的方法流程图，该方法包括如下步骤：

S201：确定编码用户集合，所述编码用户集合中的用户发送的数据需要中继进行网络编码后再转发。

在本实施例中，中继除了具备传统的存储转发功能外，还可以对多个用户的数据进行网络编码后再发送给基站。

网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给其它节点，中间节点在扮演传统转发器的角色同时还扮演着编码器或信号处理器的角色。

如图3所示为一种网络编码的流程示意图，节点A和节点B分别需要组播1比特至目的节点E和F，假设各个链路的容量为1比特。如果应用网络编码，则节点C会将节点A发送的X1和节点B发送的X2进行编码再通过节点D发给目的节点E和F，目的节点E根据从节点A收到的X1和节点D收到的

解码出X2，同理节点F解码出X1。如果应用传统的方法，节点C只能在转发完X1后再转发X2。可见，如果在蜂窝系统中的中继节点加入网络编码功能，可以提高信道的利用率，提高传输效率，增大网络吞吐量。最常见的网络编码的算法是将接收数据进行异或处理后发送。

为了让中继分清对于接收的用户数据是否需要进行网络编码，本发明实施例的基站通过确定编码用户集合来为每个中继指定需要进行网络编码后再转发的用户。即将某个中继需要进行网络编码后再转发的用户定义在该中继的一个编码用户集合中。然后再根据上述定义的集合将结果通知该中继，即对该中继进行配置，使得该中继可以对收到的用户数据的转发方式进行区分。

S202：接收中继经过网络编码后再转发的用户数据，即接收中继对属于其编码用户集合的数据进行网络编码后再转发的编码数据。

以图1为例，中继2对于用户1和用户2发送的数据需要进行网络编码，然后将网络编码后的数据发送给基站，用户1发送的数据为X1，而用户2发送的数据为X2。

作为本发明的一个实施例，如果用户1和用户2的调制系数不同，网络编码需要按最高的调制系数来完成。如用户1是以二相相移键控（Binary PhaseShift Keying，BPSK）传输数据比特b₁,b₂,...,b_n，而用户2是以正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）传输数据比特c₁,c₂,...,c_2n，则网络编码按用户2的传输速率来编码，即将用户1的传输比特扩展为b₁,0,b₂,0,...,b_n,0后再与用户2的数据进行网络编码，当然该扩展方式可以有多种，比如还可以是b₁,b₂,0,0,...,b_n-1,b_n,0,0，即将用户1的传输比特扩展为与用户2的传输比特位数相同。

S203：对该用户数据进行解码以得到所需的数据。

通过步骤S202后，基站收到的数据为经过网络编码后的X1。而由前述描述可知，需要对该数据进行解码，还需要知道数据X1或者X2。由于用户1发送的数据X1和用户2发送的数据X2必然会经过一种途径传送到基站，比如不通过中继直接传送到基站、或者通过中继2转发到基站、或者通过其他中继转发到基站等，这属于现有技术，在此就不再对其进行赘述了。

作为本发明的一个实施例，可以采用软译码的方式对上述经过网络编码的用户数据进行解码，比如根据X1和

估算出X2’，在蜂窝系统中，由于基站必然还会收到一未经过网络编码的用户数据X2，而数据传输过程中有可能会出现某些错误，因此可以采用一定的联合解码准则结合X2和X2’判决得到用户2的数据信息。上述联合解码准则有多种，在本实施例中比如可以采取软判准则。同理，也可以用相同的方法得到用户1的数据信息。

作为本发明的一个实施例，如果上述中继2对用户1、用户2和用户3发送的信息X1、X2和X3进行网络编码时，则基站对于收到的

数据可以先根据X1及

解码出

再根据X2和解码出X3’，然后根据软判准则结合X3及X3’判决得到用户3的数据信息，依次类推，就可以得到多个用户的情况。

本发明实施例通过定义集合来为中继指定进行网络编码的用户，使得中继可以对满足要求的用户数据进行网络编码后再转发，从而使得本发明实施在获得空间增益的同时又能充分利用频谱资源。

实施例二

如图4所示为本发明实施例二提供的一种上行数据传输的方法流程图，该方法包括如下步骤：

S401：基站得到中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i，其中，1≤i≤M，M为当前基站所对应的所有中继的数目。在本实施例中，基站相当于一控制中心，其可以控制中继RS_i对接收到的用户数据判断是否需要进行网络编码，该种控制即通过定义用户集合来实现的。

作为本发明的一个实施例，基站可以通过如下途径获取到中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i：

基站接收某一用户上报的该用户到中继RS_i的信道质量信息，如果该用户到中继RS_i的信道质量高于设定的门限值Γ，则将该用户添加到中继RS_i的编码用户集合M'_i之中。

这里的门限值是由基站为中继RS_i预先设定的，由于不同的业务对通信中的误码性能、延迟以及吞吐量等QoS指数要求不同，因此设定的门限值Γ也不同，另外如果调制方式不同，设定的门限值Γ也不同。假设要求的QoS指数相同，采用不同的调制方式，设定不同的门限值Γ，如表一所示，其中Γ₁<Γ₂<Γ₃<Γ₄。如果用户的信道质量较好，我们就可以采用高阶的调制方式（如16QAM，甚至64QAM）；如果信道质量差的情况下，选择低阶的调制方式（如BPSK），根据调制方式灵活的选择门限值Γ的大小，这样总能选择合适的用户进行网络编码。

调制方式	门限值
		BPSK调制	Γ1
QPSK调制	Γ2
		16QAM	Γ3
64QAM	Γ4

表一

作为本发明的另一个实施例，基站还可以通过如下途径获取到中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i：接收中继RS_i发送的该中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i。在该种方式下，用户可以根据用户到各个中继的链路质量挑选一个质量较好的链路作为其可能进行网络编码的中继，然后通知相关的中继RS_i。中继RS_i在得到所有可能进行网络编码的编码用户集合M'_i后，再将该编码用户集合M'_i发送给基站。

需要指出的是，本步骤所得到的编码用户集合M'_i只是中继RS_i可能进行网络编码的用户，而并非其实际要进行网络编码的用户，其实际需要进行网络编码的用户的确定在后续步骤中会予以确定。

作为本发明的一个实施例，基站还可以通过确定直接转发用户集合来为所述中继指定直接转发的用户，具体的方法包括：基站接收用户上报的所述用户到各个中继的信道质量信息，然后将该用户添加到信道质量最好的中继的直接转发用户集合M_i中，该直接转发用户集合M_i中的用户为该中继直接转发的用户。

S402：基站从该用户集合M'_i中选择适当的用户添加到编码用户集合Q_i中，该编码用户集合Q_i中的用户即为中继RS_i实际需要进行网络编码后再转发的用户。

中继RS_i实际需要进行网络编码的用户选择十分重要，其关系到整个网络性能的提高程度，原则上是，在蜂窝系统中，不同的中继做网络编码的用户不能重复太多，也不能完全独立，这是由于编码协作有分集增益和编码增益两种增益，两个中继参与网络编码的用户完全相同时，所有用户分集增益最大，相当于重复编码，编码增益最小，不会对译码性能有很大的提高；当两个中继参与网络编码的用户完全不同时，编码增益有所增加，但是分集增益最小，也不会对译码性能有很大的提高，需要在两种增益之间取折中。

基于上述原则，本发明优选的采取以下方式来获得中继Q_i的编码用户集合Q_i：如图5所示为本发明实施例二提供的一种确定需要进行网络编码的编码用户集合Q_i的流程示意图，其包括如下步骤：

步骤1、根据|M'_i|的大小将各个中继RS_i进行升序排列，即中继RS₁所对应的|M'₁|的数值最小。

步骤2、从编码用户集合M'₁选择部分或全部用户添加到中继RS₁的编码用户集合Q₁中，这里Q₁中用户的选择并没有严格的限制，各种选择情况都是被允许的。

步骤3、初始化中继下标i=2，进入步骤4；

步骤4、初始化中继下标j=0，进入步骤5；

步骤5、执行j=j+1，进入步骤6；

步骤6、判断j是否小于i，如果是，则进入步骤7，如果否，则进入步骤10；

步骤7、从编码用户集合M′_i中选择部分或全部用户添加到中继RS_i的编码用户集合Q_i中，在该步骤中，Q_i中用户的选择也没有严格的限制；

步骤8、检测Q_i和Q_j的交集Q_ij的元素个数|Q_ij|，并判断|Q_ij|是否大于min{|Q_j|、|Q_i|}的一半，如果否，则返回步骤5，如果是，则进入步骤9；

步骤9、调整编码用户集合Q_i，并返回步骤8，该步骤是为了使得对于任意j，Q_ij的元素个数都可以小于min{|Q_j|、|Q_i|}的一半。用户集合的调整可以有多种方法，比如：首先判断Q_i中元素的个数是否大于|Q_ij|，如果大于，则将Q_i中不属于Q_ij的其他用户取代Q_ij中的一个用户，然后再返回步骤8；如果小于，则可以重新分配Q_i并返回步骤7；

步骤10、执行j=j+1，进入步骤11；

步骤11、判断i是否小于M，M为所有中继的数目，如果是，则返回步骤4，如果否，则基站将网络编码用户分配的结果Q_i通知各中继。

需要指出的是，在本实施例中也可以在刚开始时预先从编码用户集合M′_i中选择部分或全部用户添加到中继RS_i的用户集合Q_i中来替代上述步骤7。

S403：中继根据Q_i的最终结果，对属于Q_i的用户数据进行网络编码，并将编码后的数据发送给基站，具体的网络编码方法就不再进行赘述了。

S404：基站根据预先设定的转换矩阵将需要进行网络编码的用户所发送的数据转换成接收信息，该接收信息的生成是为后续的软译码算法进行铺垫。而为了得到该接收信息，其可以如下所述：

若用户

则将用户U_i从用户集合Ν中去除，得到用户集合N'，其中Q_j为中继RS_j需要进行网络编码后再转发的编码用户集合，用户集合Ν为当前基站所对应的所有用户的集合；

生成转换矩阵

其中I是|N'|×|N'|维单位矩阵，P是|N'|×T的矩阵，T代表Q_j是非空集合时中继RS_j的个数，若用户U_i属于集合Q_j，则P_ij=1，反之则P_ij=0；

通过公式Y=XG=[b₁b₂b₃…b_|N'|]G将需要进行网络编码的用户所发送的数据X转换成接收信息Y，其中Χ=[b₁b₂b₃…b_|N'|]，即需要进行网络编码的用户所发送的数据。

S405：基站根据上述接收信息以软译码算法对所述用户数据进行解码以得到所需的数据。

把接收信息记为y_i(i＝1,2,…|N'|,|N'|+1,…|N'|+T)，相对的的软信息即为： $L_i=\ln \frac{p(x_i=1|y_i)}{p(x_i=0|y_i)}=\frac{4*E*h}{N0}{y}_i,$ 其中E是发送功率，h是信道衰落系数，N0是加性高斯白噪声，p为概率，记 $P_1^{\&prime;}=\frac{p(x_i=1)}{p(x_i=0)}=\exp \left(L_i\right).$

假设中继1对用户1、2进行网络编码，则接收端由P₂、P_R1（P₂是指基站收到的用户2发出的未经过网络编码后的信息，P_R1是指基站收到的由中继1进行网络编码后的数据信息）。从这两个信息就可以估算出用户1的信息：

$P_1^{\&prime;}=\frac{p(x_2\&CirclePlus;x_{R1}=1)}{p(x_2\&CirclePlus;x_{R1}=0)}=\frac{p(x_2=1)p(x_{R1}=0)+p(x_2=0)p(x_{R1}=1)}{p(x_2=0)p(x_{R1}=0)+p(x_2=1)p(x_{R1}=1)}=\frac{P_2+P_{R1}}{1+P_2\&times;P_{R1}},$

采用一定准则联合P'₁和P₁（P1是指基站收到的用户1发出的未经过网络编码后的信息）判决得到用户1的信息，同理对于用户2的信息也可以用相同的方法获得。

如果中继1对用户1、2、3进行网络编码，则可以先估计

的值，再用P₂₃与P_R1估计出P'₁，依次类推可以得到多个用户的情况。

本发明实施例通过定义集合为中继指定进行网络编码的用户，使得中继可以对满足要求的用户数据进行网络编码后再转发，从而使得本发明实施在获得空间增益的同时又能充分利用频谱资源。另外本发明实施例在用户集合的选取上兼顾到了分集空间增益和编码增益，使得蜂窝系统的性能可以得到更大的提升。

实施例三

本实施例是以一具体实例来对上述实施例作进一步的描述。如图6所示为本发明实施例提供的一种蜂窝系统中上述数据传输的示意图。

该蜂窝系统包含7个用户U₁-U₇、6个中继RS₁-RS₆和1个基站BS，为了方便理解，在本实施例中，不考虑用户和基站直接通信的情况，只考虑用户通过基站直接转发的情况。

首先每个用户向基站上报其到各中继的信道状况，基站集中式地为每个用户选取具有最高信道质量的中继作为该用户直接转发的中继节点，完成转发用户集合M_i的选择。并按照实施例二中的方法完成编码用户集合Q_i的选择。集合选择的结果如下：

Μ₁＝{U₂ U₄}，M₂＝{U₁,U₃}，Μ₃＝{U₅}，Μ₄＝{U₇}，Μ₅为空，Μ₆＝{U₆}；Q₁={U₂ U₄}，Q₂={U₁ U₃}，Q₃={U₂ U₅}，Q₄={U₃ U₇}，Q₅={U₁ U₄ U₆}，Q₆={U₅ U₆ U₇}；由此可知，中继RS₁上传的数据为：b₂，b₄，

中继RS₂上传的数据为：b₁，b₃，

中继RS₃上传的数据为：b₅，中继RS₄上传的数据为：b₇，

中继RS₅上传的数据为：

中继RS₆上传的数据为：b₆，

根据上述的集合选择，并通过实施例二所描述的方法，可以得到转换矩阵G：

此时，Χ=[b₁b₂b₃…b₇]，接收信息 $Y=\mathrm{XG}=[b_1,b_2,...b_7,b_2\&CirclePlus;b_4,...b_5\&CirclePlus;b_6\&CirclePlus;b_7].$

最后通过软译码算得出需要的数据，由于该软译码算法属于现有技术，在此就不再进行赘述了。

本发明实施例通过定义集合为中继指定进行网络编码的用户，使得中继可以对满足要求的用户数据进行网络编码后再转发，从而使得本发明实施在获得空间增益的同时又能充分利用频谱资源。另外本发明实施例在用户集合的选取上兼顾到了分集空间增益和编码增益，使得蜂窝系统的性能可以得到更大的提升。

实施例四

如图7所示为本发明实施例四提供的一种上行数据传输的装置的结构示意图，该上行数据传输装置700包括编码用户指定单元710、数据接收单元720和解码单元730，其中数据接收单元720和解码单元730相连。

编码用户指定单元710用于确定编码用户集合，所述编码用户集合中的用户发送的数据需要中继进行网络编码后再转发。

为了让中继分清对于接收的用户数据是否需要进行网络编码，本发明实施例的编码用户指定单元710通过确定编码用户集合来为每个中继指定需要进行网络编码后再转发的用户。即将某个中继需要进行网络编码后再转发的用户定义在该中继的一个编码用户集合中。然后再根据上述定义的集合将结果通知该中继，即对该中继进行配置，使得该中继可以对收到的用户数据的转发方式进行区分。

数据接收单元720用于接收上述中继经过网络编码后再转发的用户数据。上述中继通过编码用户指定单元710的指定，即可对于接收的用户数据判断是否需要进行网络编码，如果需要，则按一定的算法进行网络编码后再转发给基站。

以图1为例，中继2对于用户1和用户2发送的数据需要进行网络编码，然后将网络编码后的数据发送给基站，用户1发送的数据为X1，而用户2发送的数据为X2。

作为本发明的一个实施例，如果用户1和用户2的调制系数不同，网络编码需要按最高的调制系数来完成。如用户1是以二相相移键控（Binary PhaseShift Keying，BPSK）传输数据比特b₁,b₂,...,b_n，而用户2是以正交相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）传输数据比特c₁,c₂,...,c_2n，则网络编码按用户2的传输速率来编码，即将用户1的传输比特扩展为b₁,0,b₂,0,...,b_n,0后再与用户2的数据进行网络编码，当然该扩展方式可以有多种，比如还可以是b₁,b₂,0,0,...,b_n-1,b_n,0,0。

解码单元730用于对数据接收单元720所接收的经过网络编码的用户数据进行解码以得到所需的数据。

假设基站收到的数据为经过网络编码后的

需要对该数据进行解码，还需要知道数据X1或者X2。由于用户1发送的数据X1和用户2发送的数据X2必然会经过一种途径传送到基站，比如不通过中继直接传送到基站、或者通过中继2转发到基站、或者通过其他中继转发到基站等，这属于现有技术，在此就不再对其进行赘述了。

作为本发明的一个实施例，可以采用软译码的方式对上述经过网络编码的用户数据进行解码，比如根据X1和

估算出X2’，在蜂窝系统中，由于基站必然还会收到一未经过网络编码的用户数据X2，而数据传输过程中有可能会出现某些错误，因此可以采用一定的联合解码准则结合X2和X2’判决得到用户2的数据信息。上述联合解码准则有多种，在本实施例中比如可以采取软判准则。同理，也可以用相同的方法得到用户1的数据信息。

作为本发明的一个实施例，如果上述中继2对用户1、用户2和用户3发送的信息X1、X2和X3进行网络编码时，则基站对于收到的

数据可以先根据X1及

解码出

再根据X2和解码出X3’，然后根据软判准则结合X3及X3’判决得到用户3的数据信息，依次类推，就可以得到多个用户的情况。

本发明实施例通过定义集合为中继指定进行网络编码的用户，使得中继可以对满足要求的用户数据进行网络编码后再转发，从而使得本发明实施在获得空间增益的同时又能充分利用频谱资源。

实施例五

如图8所示为本发明实施例五提供的一种上行数据传输的装置的结构示意图，该上行数据传输装置800包括编码用户指定单元810、数据接收单元820、解码单元830、直接转发用户指定单元840和转换单元850，其中，转换单元850分别和数据接收单元820、解码单元830相连。

数据接收单元820的作用和实施例四中相类似，在此就不再进行赘述了。

编码用户指定单元810又包括集合获取模块811和编码用户添加模块812，而直接转发用户指定单元840又包括信道状况获取模块841和直接转发用户添加模块842，其中：

集合获取模块811用于获取到中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i，其中，1≤i≤M，M为当前基站所对应的所有中继的数目。在本实施例中，集合获取模块811可以通过两种方式获得中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i：

方式一：如果用户到中继RS_i的信道质量信息高于设定的门限值，则将该用户添加到编码用户集合M'_i之中。该信息质量可以是通过直接转发用户指定单元840中的信道状况获取模块841所获得的，当然也可以是集合获取模块811内独立的一信道状况获取模块所获得的。

在本实施例中上述门限值是由基站为中继RS_i预先设定的，由于不同的业务对通信中的误码性能、延迟以及吞吐量等QoS指数要求不同，因此设定的门限值也不同，另外如果调制方式不同，设定的门限值也不同。

方式二：接收中继RS_i发送的该中继RS_i可能进行网络编码的编码用户集合M'_i。在该种方式下，用户可以根据用户到各个中继的链路质量挑选一个质量较好的链路作为其可能进行网络编码的中继，然后通知相关的中继RS_i。中继RS_i在得到所有可能进行网络编码的编码用户集合M'_i后，再将该编码用户集合M'_i发送给集合获取模块811。

需要指出的是，本实施例中集合获取模块811所得到的编码用户集合M'_i只是中继RS_i可能进行网络编码的用户，而并非其实际要进行网络编码的用户。

编码用户添加模块812用于从上述编码用户集合M'_i中选择适当的用户添加到编码用户集合Q_i中，该编码用户集合Q_i中的用户为中继RS_i需要进行网络编码后再转发的用户。

作为本发明的一个实施例，编码用户添加模块812又可以包括：排序子模块8121、添加子模块8122、检测子模块8123和调整子模块8124（如图9所示），其中：

排序子模块8121用于根据|M'_i|的大小将各个中继RS_i进行升序排列；

添加子模块8122用于从编码用户集合M′_i中选择部分或全部用户添加到中继RS_i的编码用户集合Q_i中；

检测子模块8123用于检测Q_i和Q₁…Q_i-1的交集Q_ij的元素个数，其中，i〉1，j=1,…,i-1；

调整子模块8124用于调整编码用户集合Q_i，使得对于任意j，Q_ij的元素个数都小于min{|Q_j|、|Q_i|}的一半。

上述编码用户集合Q_i中元素具体的添加方法可以参加实施例二中的附图5，在此就不再对其进行赘述了。

信道状况获取模块841用于接收用户上报的该用户到各个中继的信道质量信息。

直接转发用户添加模块842用于根据信道状况获取模块841获取的信息，将该用户添加到信道质量最好的中继的直接转发用户集合M_i中，该直接转发用户集合M_i中的用户为该中继直接转发的用户。

转换单元850用于根据预先设定的转换矩阵将需要进行网络编码的用户所发送的数据转换成接收信息。该接收信息的生成是为后续的软译码算法进行铺垫。而为了得到该接收信息，其可以如下所述：

若用户

则将用户U_i从用户集合Ν中去除，得到用户集合N'，其中Q_j为中继RS_j需要进行网络编码后再转发的用户集合；

生成转换矩阵

其中I是|N'|×|N'|维单位矩阵，P是|N'|×T的矩阵，T为Q_j是非空集合的个数，若用户U_i属于集合Q_j，则P_ij=1，反之则P_ij=0；

通过公式Y=XG=[b₁b₂b₃…b_|N'|]G将需要进行网络编码的用户所发送的数据X转换成接收信息Y，其中Χ=[b₁b₂b₃…b_|N'|]，即需要进行网络编码的用户所发送的数据。

经过转换单元850转换得到接收信息Y后，本实施例的解码单元830具体用于根据接收信息Y以软译码算法对用户数据进行解码以得到所需的数据。

本发明实施例通过定义集合为中继指定进行网络编码的用户，使得中继可以对满足要求的用户数据进行网络编码后再转发，因此使得本发明实施在获得空间增益的同时又能充分利用频谱资源。另外本发明实施例在用户集合的选取上兼顾到了分集空间增益和编码增益，使得蜂窝系统的性能可以得到更大的提升。

下面通过一系列仿真实验来描述本发明实施例的有益效果：

首先，请参见表二，该表说明采用网络编码方式传输比传统的DF（解码转发）协作传输方式节省了传输时隙，即提高了频谱效率。如当参与网络编码的用户数目和参与网络编码的中继数目都为3时，为了对每个用户数据达到两重分集增益，采用传统的解码转发协作传输方式需要使用的时隙数目为3x2=6个，而采用网络编码协作传输方式需要使用的时隙数目为3+3=6个；当参与网络编码的用户数目为9和参与网络编码的中继数目为6时，为了对每个用户数据达到两重分集增益，采用传统的解码转发协作传输方式需要使用的时隙数目为9x2=18个，而采用网络编码协作传输方式需要使用的时隙数目为9+6=15个；依次类推，当参与网络编码的用户数目为12和参与网络编码的中继数目为6时，为了对每个用户数据达到两重分集增益，采用传统的解码转发协作传输方式需要使用的时隙数目为12x2=24个，而采用网络编码协作传输方式需要使用的时隙数目为12+6=18个。此外，从该表中可以看出，随着用户数目的增加，频谱利用率会得到显著的提高。比如，当参与网络编码的中继数目都为6个时，如果参与网络编码的用户数目从9个上升至12个，网络编码协作分集比DF协作分集占所少用时隙数目从3个变为了6个。

表二

下面介绍下仿真环境：

图10-图14为本发明实施例的仿真结果图，它们所相同的仿真环境是：仿真环境为1个基站、6个中继站和12个用户。所有中继到基站链路的信道采用瑞利衰落，噪声为高斯白噪声。第一跳即MS-RS链路，一半用户采用BPSK调制，另一半用户采用QPSK调制，所有用户发送相同长度的符号，信道编码采用卷积码；第二跳即RS-BS链路，对于BPSK用户，将译码所得的信息后面补零，以便与第一跳采用QPSK调制的用户进行网络编码，同时第二跳所有数据发送都采用QPSK调制，信道编码和第一跳采用相同的信道编码。所有策略的总功率相同。DF协作策略中，每个用户只有一个中继为之服务。信道编码采用卷积码进行编码，生成多项式八进制的描述为，约束长度为5。根据MS-RS链路的信道质量选择门限值。在要求中断概率达到的情况下，我们选择BPSK的门限值为用户采用BPSK调制时，门限值选为7.2dB；用户采用QPSK时，门限值选为9dB。中断概率定义为在一个周期内，基站接收到的所有用户信息只要有一个出错，就发生中断。

其中图10-图11的第一跳链路MS-RS（用户-中继）不采用瑞利衰落模型，而假设为无损信道。而图12-图14中所有链路的信道都采用瑞利衰落。

下面分别对图10-图14进行说明：

1、图10的编码矩阵的P矩阵的转置为全1矩阵，即

$\mathrm{MS}\_\mathrm{RS}\_\mathrm{NC}=\left[\begin{array}{cccccccccccc}1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\end{array}\right],$

其中MS_RS_NC矩阵对应为转换矩阵G中的P矩阵的转置。该矩阵表明，中继对所有用户的数据都进行网络编码，然后转发给基站，但是从图10可见，网络编码协作分集（ber withNC）的性能并没有比DF协作分集（ber withDF）的性能有所提高，反而是比DF协作分集的性能差，这是由于在中继处对所有用户都做网络编码，只利用了分集增益而没有编码增益，因此整体性能也就没有提高。说明进行网络编码时，应该减小校验码字之间的相关性。另外图中ber Direct表示不经过协作分集以及网络编码而直接发送，从图中可见其性能是最差的。

2、图11的编码矩阵的P矩阵的转置为：

$\mathrm{MS}\_\mathrm{RS}\_\mathrm{NC}=\left[\begin{array}{cccccccccccc}0& 1& 0& 0& 1& 1& 1& 0& 0& 1& 1& 0\\ 0& 0& 1& 1& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0\\ 1& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 1& 0& 0& 1& 0\\ 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1\\ 1& 0& 1& 1& 1& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

在为中继选择适当的网络编码用户后，从图中我们可以看到，从图中我们可以看到，在中断概率达到10^-4时，网络编码协作分集比DF协作分集性能好了大约4dB，另外同时还节省了6个时隙（表二）；而DF协作分集不仅占用了大量的时隙，并且随着用户的增加，会导致较大的时延。

3、图12-图14中均采用图11所对应的编码矩阵。其中，图12中MS以15dB的功率发送数据，图13中MS以20dB的功率发送数据；图14中MS以25dB的功率发送数据。经过比较我们可以看到，在低信噪比时，网络编码协作分集的性能比DF协作分集略差；在高信噪比时，网络编码协作分集比DF协作性能要好的多。图12中，中断概率在10^-4～10^-3之间时，网络编码的性能比DF协作分集大约好2dB；图13和图14中断概率达到10^-4时，网络编码协作分集比DF协作分集性能分别好了大约3.5个dB和4个dB。虽然由于第一跳出现错误，随着信噪比的增加，网络编码协作分集的中断概率曲线下降趋势变缓，趋于平坦。但是性能还是比DF协作分集要好的多，同时还能节省大量频谱资源。

通过比较图12-图14，我们还发现随着MS发送功率的增加，BS终端处网络编码协作分集性能曲线变缓的趋势越慢，越来越接近理想状况。可见只要第一跳链路性能足够好，网络编码协作分集的性能就比DF协作分集的性能要好的多。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种上行数据传输的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定编码用户集合，所述编码用户集合中的用户发送的数据需要中继进行网络编码后再转发；

接收所述中继经过网络编码后再转发的用户数据；

对所述用户数据进行解码以得到所需的数据；

所述确定编码用户集合包括：

得到中继RS_i进行网络编码的编码用户集合M'_i；

从所述编码用户集合M'_i中选择适当的用户添加到编码用户集合Q_i中，所述编码用户集合Q_i中的用户为所述中继RS_i需要进行网络编码后再转发的用户，其中，1≤i≤M，M为当前基站所对应的所有中继的数目。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到中继RS_i进行网络编码的编码用户集合M'_i进一步包括：

接收用户上报的所述用户到各个中继的信道质量信息；

如果所述用户到所述中继RS_i的信道质量高于设定的门限值，则将所述用户添加到编码用户集合M'_i之中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到中继RS_i进行网络编码的编码用户集合M'_i进一步包括：

接收中继RS_i发送的所述中继RS_i进行网络编码的编码用户集合M'_i。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述从所述编码用户集合M'_i中选择适当的用户添加到编码用户集合Q_i中具体包括：

根据|M'_i|的大小将各个中继RS_i进行升序排列；

当i=1时，从编码用户集合M'₁选择部分或全部用户添加到中继RS₁的编码用户集合Q₁中；

当i>1时，从编码用户集合M'_i中选择部分或全部用户添加到中继RS_i的编码用户集合Q_i中，并检测Q_i和Q_j的交集Q_ij的元素个数，其中，j=1,…,i-1；

调整编码用户集合Q_i，使得对于任意j，Q_ij的元素个数都小于min{|Q_j|、|Q_i|}的一半。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收所述中继经过网络编码后再转发的用户数据之前还包括：

确定直接转发用户集合，所述直接转发用户集合中的用户发送的数据需要中继进行直接转发。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定直接转发用户集合具体包括：

接收用户上报的所述用户到各个中继RS_i的信道质量信息；

将所述用户添加到所述信道质量最好的中继RS_i的直接转发用户集合M_i中，所述直接转发用户集合M_i中的用户为所述中继直接转发的用户。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收所述中继经过网络编码后再转发的用户数据之后还包括：

根据预先设定的转换矩阵将需要进行网络编码的用户所发送的数据转换成接收信息；

所述对所述用户数据进行解码以得到所需的数据包括：

根据所述接收信息以软译码算法对所述用户数据进行解码以得到所需的数据。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据预先设定的转换矩阵将需要进行网络编码的用户所发送的数据转换成接收信息包括：

若用户

，则将用户U_i从用户集合Ν中去除，得到用户集合N'，其中Q_j为中继RS_j需要进行网络编码后再转发的编码用户集合，用户集合Ν为当前基站所对应的所有用户的集合；

生成转换矩阵 $G=\left[\begin{array}{ccc}& .& \\ I& .& P\\ & .& \end{array}\right]$ ，其中I是|N'|×|N'|维单位矩阵，P是|N'|×T的矩阵，T代表Q_j是非空集合时中继RS_j的个数，若用户U_i属于集合Q_j，则P_ij=1，反之则P_ij=0；

通过公式Y=XG=[b₁b₂b₃…b|_N'|R₁R₂…R_T]将需要进行网络编码的用户所发送的数据X转换成接收信息Y，其中Χ=[b₁b₂b₃…b|_N'|]，即需要进行网络编码的用户所发送的数据。

9.一种上行数据传输的装置，其特征在于，包括：

编码用户指定单元,用于确定编码用户集合，所述编码用户集合中的用户发送的数据需要中继进行网络编码后再转发；

数据接收单元，用于接收所述中继经过网络编码后再转发的用户数据；

解码单元，对所述用户数据进行解码以得到所需的数据；

所述编码用户指定单元还包括：

集合获取模块，用于获取到中继RS_i进行网络编码的编码用户集合M'_i；

编码用户添加模块，用于从所述编码用户集合M'_i中选择适当的用户添加到编码用户集合Q_i中，所述编码用户集合Q_i中的用户为所述中继RS_i需要进行网络编码后再转发的用户，其中，1≤i≤M，M为当前基站所对应的所有中继的数目。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

直接转发用户指定单元，用于通过定义直接转发用户集合来为所述中继指定直接转发的用户。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述直接转发用户指定单元包括：

信道状况获取模块，用于接收用户上报的所述用户到各个中继的信道质量信息；

直接转发用户添加模块，用于将所述用户添加到所述信道质量最好的中继的直接转发用户集合M_i中，所述直接转发用户集合M_i中的用户为所述中继直接转发的用户。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述集合获取模块具体用于：

如果所述信道状况获取模块接收到的所述用户到中继RS_i的信道质量信息高于设定的门限值，则将所述用户添加到编码用户集合M'_i之中。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述集合获取模块具体用于：

接收中继RS_i发送的所述中继RS_i进行网络编码的编码用户集合M'_i。

14.如权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述编码用户添加模块包括：

排序子模块：用于根据|M'_i|的大小将各个中继RS_i进行升序排列；

添加子模块，用于从编码用户集合M'_i中选择部分或全部用户添加到中继RS_i的用编码户集合Q_i中；

检测子模块，用于检测Q_i和Q_j的交集Q_ij的元素个数，其中，i>1，j=1,…,i-1；

调整子模块，用于调整编码用户集合Q_i，使得对于任意j，Q_ij的元素个数都小于min{|Q_j|、|Q_i|}的一半。

15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

转换单元，用于根据预先设定的转换矩阵将需要进行网络编码的用户所发送的数据转换成接收信息；

所述解码单元具体用于根据所述接收信息以软译码算法对所述用户数据进行解码以得到所需的数据。

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