CN101826935A - 一种基于低密度校验码的中继协作传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低密度校验码的中继协作传输方法，包括以下步骤：一、源节点LDPC编码处理；二、源节点BPSK调制处理并发送至中继节点和目的节点即基站；三、中继节点译码处理；四、中继节点联合编码处理，并对应获得多个联合编码序列及对应的多个校验位序列；五、中继节点联合调制处理，并将联合调制获得的多个校验位调制序列发送至目的节点；六、目的节点联合译码处理。本发明设计新颖、传输方法简单且使用效果好，进一步改善了接收端的性能，有效解决了现有无线通信中所存在的中继转发效率低、资源消耗大等实际问题。

Description

一种基于低密度校验码的中继协作传输方法

技术领域

本发明属于采用多个源节点和一个中继节点所组成的无线通信中继网络应用技术领域，尤其是涉及一种基于低密度校验码的中继协作传输方法。

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。

当多个用户同时接入一个中继站时，若采用传统中继方式为每个用户逐一转发数据，会使中继站的转发效率降低，或者中继将会消耗比较多的资源，反而成为影响系统吞吐量的重要瓶颈。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。因此，将网络编码应用于无线中继通信系统中，可有效解决中继转发效率低、资源消耗大等问题。

目前，基于网络编码的中继传输策略基本是按三步完成：即中继节点首先根据接收信号译码得到两个用户的数据信息；然后将译码数据信息进行模2和网络编码；最后对网络编码数据进行纠错编码并转发至接收端。该传输策略是将网络编码与差错控制编码分别进行处理，但由于采用了模2和网络编码处理，因此上述方法只适用于两个用户接入中继的情形，很难扩展至多用户接入的情况，依然存在转发效率受限的问题。另外，上述传输策略采用的模2和网络编码处理方法，本质上是一个(3，2，2)的奇偶校验码，不具备纠错能力，对接收端的性能改善有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于低密度校验码的中继协作传输方法，其设计新颖、传输方法简单且使用效果好，进一步改善了接收端的性能，有效解决了现有无线通信中所存在的中继转发效率低、资源消耗大等实际问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于低密度校验码的中继协作传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、源节点编码处理：多个需进行无线通信的源节点分别调用LDPC编码解码模块对需发送的多个信息序列进行LDPC编码，并相应获得多个编码序列；

步骤二、源节点调制处理并发送：多个源节点分别调用BPSK调制解调模块对编码后所获得的多个编码序列进行调制处理，并将调制处理后所获得的多个调制序列分别广播发送至中继节点和目的节点即基站；

步骤三、中继节点译码处理：中继节点调用LDPC编码解码模块对所接收的所有调制序列进行译码处理，并相应获得与所述多个源节点需发送多个信息序列对应的多个信息估计序列一；

步骤四、中继节点联合编码处理：中继节点对步骤三中所获得的多个信息估计序列一进行联合编码，并对应获得多个联合编码序列及对应的多个校验位序列；

步骤五、中继节点联合调制处理：中继节点调用QPSK调制解调模块对步骤四中所获得的所述多个校验位序列进行联合调制处理，并将联合调制获得的多个校验位调制序列发送至目的节点；

步骤六、目的节点联合译码处理：目的节点调用QPSK调制解调模块对所接收的多个校验位调制序列进行解调和解交织处理，并获得对应的多个中继校验序列；并且目的节点调用LDPC编码解码模块对步骤二中自源节点发送至目的节点的多个调制序列和本步骤中所获得的多个中继校验序列进行联合译码处理，获得与步骤一中多个源节点需发送的信息序列对应的多个信息估计序列二。

上述步骤四中所述的中继节点对步骤三中所获得的多个信息估计序列进行联合编码时，其联合编码主要包括以下步骤：

401、将所获得的多个信息估计序列一顺序连接成一个新序列一，且对所述新序列一进行交织并获得一个交织序列一；

402、将步骤401中所获得交织序列顺序拆分为多个等长的联合信息序列，中继节点(2)再调用LDPC编码解码模块对所述多个等长的联合信息序列进行LDPC编码，并对应获得多个联合编码序列及对应的多个校验位序列；所述联合信息序列的数量与源节点(1)的数量相同。

上述步骤一中所述源节点的数量为m个且需发送的多个信息序列的数量为m个，m个源节点表示为S_i，m个源节点需发送的m个信息序列表示为

调用LDPC编码解码模块对需发送的m个信息序列

进行编码后所获得的m个长度为n的编码序列表示为

其中为i、k和n均为正整数且1≤i≤m，k为源节点需发送信息序列的长度，n为调用LDPC编码解码模块对需发送信息序列编码后所获得编码序列的长度；

上述步骤二中对编码后所获得的m个编码序列

进行调制处理，所获得的m个长度为n的调制序列表示为

且将m个调制序列分别广播发送至中继节点和目的节点时，发送比特均为

其中为j均为正整数且1≤j≤n；

上述步骤三中中继节点调用LDPC编码解码模块对所接收的所有调制序列

进行译码处理，获得与m个源节点需发送m个信息序列对应的m个长度为k的信息估计序列一

且本步骤中中继节点调制序列的接收比特为

所述序列

为步骤二中所述

经过信道后中继节点所接收的接收值，即

上述步骤401中所述的将m个信息估计序列一

连接成一个新序列一

且通过交织获得交织序列一

上述步骤402中所述的将交织序列一

顺序拆分为m个长度为k的联合信息序列表示为

中继节点再调用LDPC编码解码模块对所述联合信息序列

进行LDPC编码，得到m个长度为n的联合编码序列表示为所获得m个联合编码序列的m个长度为n-k的校验位序列表示为本步骤中进行LDPC编码时的码结构与步骤一中进行LDPC编码时的码结构相同；

上述步骤五中所述的进行联合调制处理时，首先将m个校验位序列

连接成新序列二p_R＝{p_R1，p_R2，…，p_Rm}，其次通过交织获得交织序列二

之后中继节点调用QPSK调制解调模块对交织序列二p_Rπ进行QPSK调制并获得m个校验位调制序列x_iR，随后将所述m个校验位调制序列x_iR发送至目的节点；

上述步骤六中所述的目的节点调用QPSK调制解调模块对所接收的m个校验位调制序列xiR进行解调和解交织处理，并获得对应的m个中继校验序列；目的节点调用LDPC编码解码模块对步骤二中自源节点发送至目的节点的m个调制序列

和本步骤中所获得的m个中继校验序列进行联合译码处理，获得与步骤一中m个源节点需发送的信息序列对应的多个信息估计序列二

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、设计新颖、传输方法简单且使用效果好。

2、由于在中继节点上采用了基于LDPC码的联合编码技术，改善了传输的可靠性，提高了目的节点的BER性能。

3、由于在中继节点联合编码时采用和源节点相同的LDPC码结构，从而在不损失性能的前提下，降低了目的节点的实现复杂度。

综上所述，本发明设计新颖、传输方法简单且使用效果好，进一步改善了接收端的性能，有效解决了现有无线通信中所存在的中继转发效率低、资源消耗大等实际问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明通信网络模型的结构示意图。

图2为本发明中继协作传输方法的方法流程图。

图3为本发明所采用中继协作传输方法与传统单码传输方法进行信息传输时的性能比较图。

附图标记说明：

1-源节点；    2-中继节点；    3-目的节点。

具体实施方式

如图2所示的一种基于低密度校验码的中继协作传输方法，包括以下步骤：

步骤一、源节点编码处理：多个需进行无线通信的源节点1分别调用LDPC编码解码模块对需发送的多个信息序列进行LDPC编码，并相应获得多个编码序列。

步骤二、源节点调制处理并发送：多个源节点1分别调用BPSK调制解调模块对编码后所获得的多个编码序列进行调制处理，并将调制处理后所获得的多个调制序列分别广播发送至中继节点2和目的节点3即基站。

步骤三、中继节点译码处理：中继节点2调用LDPC编码解码模块对所接收的所有调制序列进行译码处理，并相应获得与所述多个源节点1需发送多个信息序列对应的多个信息估计序列一。

步骤四、中继节点联合编码处理：中继节点2对步骤三中所获得的多个信息估计序列一进行联合编码，并对应获得多个联合编码序列及对应的多个校验位序列。

步骤五、中继节点联合调制处理：中继节点2调用QPSK调制解调模块对步骤四中所获得的所述多个校验位序列进行联合调制处理，并将联合调制获得的多个校验位调制序列发送至目的节点3。

步骤六、目的节点联合译码处理：目的节点3调用QPSK调制解调模块对所接收的多个校验位调制序列进行解调和解交织处理，并获得对应的多个中继校验序列；并且目的节点3调用LDPC编码解码模块对步骤二中自源节点1发送至目的节点3的多个调制序列和本步骤中所获得的多个中继校验序列进行联合译码处理，获得与步骤一中多个源节点1需发送的信息序列对应的多个信息估计序列二。

结合图1、图3，实际使用过程中，步骤四中所述的中继节点2对步骤三中所获得的多个信息估计序列进行联合编码时，其联合编码主要包括以下步骤：

401、将所获得的多个信息估计序列一顺序连接成一个新序列一，且对所述新序列一进行交织并获得一个交织序列一；

402、将步骤401中所获得交织序列顺序拆分为多个等长的联合信息序列，中继节点2再调用LDPC编码解码模块对所述多个等长的联合信息序列进行LDPC编码，并对应获得多个联合编码序列及对应的多个校验位序列；所述联合信息序列的数量与源节点1的数量相同。

步骤一中所述源节点1的数量为m个且需发送的多个信息序列的数量为m个，m个源节点1表示为S_i，m个源节点1需发送的m个信息序列表示为

调用LDPC编码解码模块对需发送的m个信息序列

进行编码后所获得的m个长度为n的编码序列表示为

其中为i、k和n均为正整数且1≤i≤m，k为源节点1需发送信息序列的长度，n为调用LDPC编码解码模块对需发送信息序列编码后所获得编码序列的长度；

步骤二中对编码后所获得的m个编码序列进行调制处理，所获得的m个长度为n的调制序列表示为

且将m个调制序列分别广播发送至中继节点2和目的节点3时，发送比特均为

其中为j均为正整数且1≤j≤n；

步骤三中步骤三中中继节点2调用LDPC编码解码模块对所接收的所有调制序列

进行译码处理，获得与m个源节点1需发送m个信息序列对应的m个长度为k的信息估计序列一

且本步骤中中继节点2调制序列

的接收比特为所述序列为步骤二中所述

经过信道后中继节点2所接收的接收值，即

步骤401中所述的将m个信息估计序列一

连接成一个新序列一且通过交织获得交织序列一

步骤402中所述的将交织序列一

顺序拆分为m个长度为k的联合信息序列表示为

中继节点2再调用LDPC编码解码模块对所述联合信息序列

进行LDPC编码，得到m个长度为n的联合编码序列表示为

所获得m个联合编码序列的m个长度为n-k的校验位序列表示为

本步骤中进行LDPC编码时的码结构与步骤一中进行LDPC编码时的码结构相同；

步骤五中所述的进行联合调制处理时，首先将m个校验位序列

连接成新序列二p_R＝{p_R1，p_R2，…，p_Rm}，其次通过交织获得交织序列二之后中继节点2调用QPSK调制解调模块对交织序列二p_Rπ进行QPSK调制并获得m个校验位调制序列x_iR，随后将所述m个校验位调制序列x_iR发送至目的节点3；

步骤六中所述的目的节点3调用QPSK调制解调模块对所接收的m个校验位调制序列x_iR进行解调和解交织处理，并获得对应的m个中继校验序列；目的节点3调用LDPC编码解码模块对步骤二中自源节点1发送至目的节点3的m个调制序列

(具体是对目的节点3所接收的步骤二中自源节点1所发送的m个调制序列的接收信号)和本步骤中所获得的m个中继校验序列进行联合译码处理，获得与步骤一中m个源节点1需发送的信息序列对应的多个信息估计序列二

实施例1

采用(7，4)Hamming码进行编码，且本实施例中所述源节点1的数量为2个，2个源节点1分别为S₁，S₂。实际使用过程中，采用本发明进行中继协作传输时，包括以下步骤：

步骤一、采用(7，4)Hamming码分别对源节点1即S₁，S₂需发送的信息序列u₁＝{a₁，a₂，a₃，a₄}和u₂＝{b₁，b₂，b₃，b₄}进行编码，获得两个编码序列 $c_1=\{c_1^1,c_1^2,...,c_1^7\}$ 和 $c_2=\{c_2^1,c_2^2,{...,c}_2^7\}.$

步骤二、两个源节点1均采用BPSK调制方式对其编码序列和

进行调制，并将所获得的调制序列

和

广播发送至中继节点2和目的节点3。

步骤三、中继节点2对所接收的

和

进行LDPC译码，得到两个源节点1的信息估计序列一

和

此过程中，接收比特为

1≤i≤2，1≤j≤7。

步骤四，中继节点2对两个信息估计序列一和进行联合编码。

首先，将和

连接成新序列一

通过交织得到交织序列一

为简单起见，这里只简单打乱顺序作为交织。然后，将u_Rπ拆分为

和

之后对u_Rπ1和u_Rπ2再次进行编码，得到联合编码序列

和

p_i ^j，1≤i≤2，1≤j≤3是码字的校验比特；并获得c_R1和c_R2的校验位序列

和 $p_{R2}=\{p_2^1,p_2^2,p_2^3\}.$

步骤五，将c_R1和c_R2的校验位序列

和连接成新序列二

通过交织得到交织序列二

将交织序列二p_Rπ进行QPSK调制，并将所获得的2个校验位调制序列x_iR发送至目的节点3。

步骤六，目的节点3对接收的校验位调制序列x_iR进行软解调和解交织，并利用接收的步骤二中自源节点1发送至目的节点3的2个调制序列

和

的接收信号以及中继校验序列x_iR进行联合译码，得两个源节点1的信息估计序列二

实施例2

本实施例中，所述源节点1的数量为2个，2个源节点1分别为S₁，S₂。步骤一，采用(22164，11082)的LDPC码码分别对源节点1即S₁，S₂的信息序列u₁＝(u_1，1，u_1，2，…，u_1，11082)和u₂＝(u_2，1，u_2，2，…，u_2，11082)编码，得两个编码序列c₁＝(c_1，1，c_1，2，…，c_1，22164)和c₂＝(c_2，1，c_2，2，…，c_2，22164)。

步骤二，两个源节点1均采用BPSK调制方式对其编码序列c₁＝(c_1，1，c_1，2，…，c_1，22164)和c₂＝(c_2，1，c_2，2，…，c_2，22164)进行调制，将调制序列x₁＝(x_1，1，x_1，2，…，x_1，22164)和x₂＝(x_2，1，x_2，2，…，x_2，22164)广播至中继节点2和目的节点3。

步骤三，中继节点2对接收的y_1R＝(y_1，1，y_1，2，…，y_1，22164)和y_2R＝(y_2，1，y_2，2，…，y_2，22164)译码，得到两个源节点1的信息估计序列一

和 ${\hat{u}}_{2R}=({\hat{u}}_{\mathrm{2,1}},{\hat{u}}_{\mathrm{2,2}},...,{\hat{u}}_{\mathrm{2,11082}}).$

步骤四，中继节点2对两个信息估计序列一

和

联合编码。

首先，将

和

连接成新序列一

通过交织得到交织序列一

然后，将u_Rπ拆分为

和

对u_Rπ1和u_Rπ2再次编码，得到联合编码序列

和

这里p_i，j，i＝1，2，j＝1，2，…，11084是码字的校验比特。

步骤五，将C_1R和C_2R的校验位序列p_1R＝(p_1，1，p_1，2，…，p_1，11084)和p_2R＝(p_2，1，p_2，2，…，p_2，11084)连接成新序列二p_R，通过交织得到交织序列二p_Rπ，将交织序列二p_Rπ进行QPSK调制，，并将所获得的2个校验位调制序列x_iR发送至目的节点3。

第六步，目的节点3对接收的QPSK信号即校验位调制序列x_iR进行软解调和解交织，并利用接收的步骤二中自源节点1发送至目的节点3的2个调制序列x₁＝(x_1，1，x_1，2，…，x_1，22164)和x₂＝(x_2，1，x_2，2，…，x_2，22164)的接收信号以及中继校验序列x_iR进行联合译码，得两个源节点1的信息估计序列二

为了进一步说明本发明方法带来的有益结果，在AWGN信道下，采用(22164，11082)的LDPC码做了两用户系统的计算机性能仿真实验。传统单码传输方法和采用本发明所述中继协作传输的性能比较曲线，见图4，从图中可以看出，在误比特率10^-5时，本发明所述传输方案比其单码直接传输方案有大约1.8dB的增益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于低密度校验码的中继协作传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、源节点编码处理：多个需进行无线通信的源节点(1)分别调用LDPC编码解码模块对需发送的多个信息序列进行LDPC编码，并相应获得多个编码序列；

步骤二、源节点调制处理并发送：多个源节点(1)分别调用BPSK调制解调模块对编码后所获得的多个编码序列进行调制处理，并将调制处理后所获得的多个调制序列分别广播发送至中继节点(2)和目的节点(3)即基站；

步骤三、中继节点译码处理：中继节点(2)调用LDPC编码解码模块对所接收的所有调制序列进行译码处理，并相应获得与所述多个源节点(1)需发送多个信息序列对应的多个信息估计序列一；

步骤四、中继节点联合编码处理：中继节点(2)对步骤三中所获得的多个信息估计序列一进行联合编码，并对应获得多个联合编码序列及对应的多个校验位序列；

步骤五、中继节点联合调制处理：中继节点(2)调用QPSK调制解调模块对步骤四中所获得的所述多个校验位序列进行联合调制处理，并将联合调制获得的多个校验位调制序列发送至目的节点(3)；

步骤六、目的节点联合译码处理：目的节点(3)调用QPSK调制解调模块对所接收的多个校验位调制序列进行解调和解交织处理，并获得对应的多个中继校验序列；并且目的节点(3)调用LDPC编码解码模块对步骤二中自源节点(1)发送至目的节点(3)的多个调制序列和本步骤中所获得的多个中继校验序列进行联合译码处理，获得与步骤一中多个源节点(1)需发送的信息序列对应的多个信息估计序列二。

2.按照权利要求1所述的一种基于低密度校验码的中继协作传输方法，其特征在于：步骤四中所述的中继节点(2)对步骤三中所获得的多个信息估计序列进行联合编码时，其联合编码主要包括以下步骤：

401、将所获得的多个信息估计序列一顺序连接成一个新序列一，且对所述新序列一进行交织并获得一个交织序列一；

402、将步骤401中所获得交织序列顺序拆分为多个等长的联合信息序列，中继节点(2)再调用LDPC编码解码模块对所述多个等长的联合信息序列进行LDPC编码，并对应获得多个联合编码序列及对应的多个校验位序列；所述联合信息序列的数量与源节点(1)的数量相同。

3.按照权利要求2所述的一种基于低密度校验码的中继协作传输方法，其特征在于：步骤一中所述源节点(1)的数量为m个且需发送的多个信息序列的数量为m个，m个源节点(1)表示为s_i，m个源节点(1)需发送的m个信息序列表示为

调用LDPC编码解码模块对需发送的m个信息序列

进行编码后所获得的m个长度为n的编码序列表示为

其中为i、k和n均为正整数且1≤i≤m，k为源节点(1)需发送信息序列的长度，n为调用LDPC编码解码模块对需发送信息序列编码后所获得编码序列的长度；

步骤二中对编码后所获得的m个编码序列

进行调制处理，所获得的m个长度为n的调制序列表示为

且将m个调制序列分别广播发送至中继节点(2)和目的节点(3)时，发送比特均为

其中为j均为正整数且1≤j≤n；

步骤三中中继节点(2)调用LDPC编码解码模块对所接收的所有调制序列进行译码处理，获得与m个源节点(1)需发送m个信息序列对应的m个长度为k的信息估计序列一

且本步骤中中继节点(2)调制序列的接收比特为

所述序列

为步骤二中所述

经过信道后中继节点(2)所接收的接收值，即

步骤401中所述的将m个信息估计序列一

连接成一个新序列一

且通过交织获得交织序列一

步骤402中所述的将交织序列一

顺序拆分为m个长度为k的联合信息序列表示为

中继节点(2)再调用LDPC编码解码模块对所述联合信息序列

进行LDPC编码，得到m个长度为n的联合编码序列表示为

所获得m个联合编码序列的m个长度为n-k的校验位序列表示为

本步骤中进行LDPC编码时的码结构与步骤一中进行LDPC编码时的码结构相同；

步骤五中所述的进行联合调制处理时，首先将m个校验位序列

连接成新序列二p_R＝{p_R1，p_R2，…，p_Rm}，其次通过交织获得交织序列二

之后中继节点(2)调用QPSK调制解调模块对交织序列二p_Rπ进行QPSK调制并获得m个校验位调制序列x_iR，随后将所述m个校验位调制序列x_iR发送至目的节点(3)；

步骤六中所述的目的节点(3)调用QPSK调制解调模块对所接收的m个校验位调制序列x_iR进行解调和解交织处理，并获得对应的m个中继校验序列；目的节点(3)调用LDPC编码解码模块对步骤二中自源节点(1)发送至目的节点(3)的m个调制序列

和本步骤中所获得的m个中继校验序列进行联合译码处理，获得与步骤一中m个源节点(1)需发送的信息序列对应的多个信息估计序列二

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