CN101902796B - 获取度分布的方法、数据传输方法、设备及中继系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种获取度分布的方法、数据传输方法、设备及中继系统，其中，数据传输方法包括：中继通信系统中的第一类中继节点将接收的输入数据包直接转发给信宿，第二类中继节点将接收的输入数据包进行LT编码后发送给信宿；其中第二类中继节点将接收的输入数据包进行H编码后发送给信宿的步骤包括：第二类中继节点根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行H编码；发送经过LT编码所得到的编码数据包；Φ_i是根据P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，P(i，j)根据第一类中继节点接收的输入数据包个数、直接转发的输入数据包个数和第一类中继节点的删除概率获得。使用本发明实施例提供的技术方案，能够减少中继系统传输的数据量。

Description

获取度分布的方法、数据传输方法、设备及中继系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种获取度分布的方法、数据传输方法、设备及中继系统。

背景技术

喷泉码的概念由M.Luby等人于1998年首次提出。目前，喷泉码获得了越来越多的实际应用。喷泉码具有降低传输时间和减少功率消耗等优势，在无线网络中，喷泉码常被用在点对点的通信以及广播和多播的场景中。

在多播或者广播场景中，可以采用LT（Luby Transform）编码，其利用LT编码生成编码数据包的过程包括：根据设计的度分布Ω，随机的选取编码数据包的度d；从k个输入数据包中，等概率的随机选取d个不同的输入数据包；将这d个输入数据包异或，生成一个编码数据包，其LT编码示意图如图1所示。其中，设计的度分布为健壮孤子分布

其中， $\mathrm{\ρ}\left(d\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{k}& d=1\\ \frac{1}{d(d-1)}& d=2,...k\end{array}\right.$

$\mathrm{\τ}\left(d\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{R}{\mathrm{dk}}& d=1,...,\frac{k}{R}-1\\ \frac{R\ln (R/\mathrm{\δ})}{k}& d=\frac{k}{R}\\ 0& d=k/(R+1),...,k\end{array}\right.$

其中，k为输入节点数，δ为可接受的解码失败概率，

c为合适的常数。

接收端接收到编码数据包后，根据编码数据包与输入数据包的对应关系建立双向图，然后选取一个度为1的编码数据包，恢复与该编码数据包相连的输入数据包，并将该编码数据包从双向图中移除。对于已恢复的输入数据包，将其异或到与其相连的所有其他编码数据包中，从而使这些编码数据包的度减1，这样就可能产生新的度为1的编码数据包，以此方法进行迭代，直到译码结束。

在中继系统中，信号可以通过不同的中继节点到达信宿。由于使用中继节点可以形成分集接收优势，降低功率消耗并提高数据传输的可靠性，近年来，中继系统受到了广泛的研究和关注。喷泉码在中继系统中也有着广泛的应用，由于喷泉码的度分布决定了它的性能的好坏，因此研究喷泉码在中继系统中的度分布设计就成为了构造适用于中继系统的喷泉码的关键。

发明内容

本发明实施例提供一种获取度分布的方法、数据传输方法、设备及中继系统，减少中继系统传输的数据量。

有鉴于此，本发明实施例提供：

一种获取度分布的方法，应用于中继通信系统中，其中，所述中继通信系统中第一类中继节点将信源发送的输入数据包直接转发给信宿，第二类中继节点将所述信源发送的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿，所述方法包括：

根据所述第一类中继节点接收的输入数据包个数、所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点的删除概率，获取度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)；

根据所述P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，获取用于所述第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i。

一种中继通信系统中数据传输的方法，所述中继通信系统中的第一类中继节点将接收的输入数据包直接转发给信宿，第二类中继节点将接收的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿；其中，

所述第二类中继节点将接收的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿的步骤包括：

所述第二类中继节点根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行LT编码；

发送经过LT编码所得到的编码数据包；其中，

所述Φ_i是根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，所述P(i，j)根据所述第一类中继节点接收的输入数据包个数、所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点的删除概率获得。

一种通信设备，包括：

获取单元，用于根据第一类中继节点接收的输入数据包个数、第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和第一类中继节点的删除概率，获取度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)；

计算单元，用于根据所述P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，获取用于第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i；

其中，第一类中继节点为中继系统中将信源发送的输入数据包直接转发给信宿的中继节点；第二类中继节点为所述中继系统中将所述信源发送的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿的中继节点。

一种中继节点，应用于中继通信系统中，包括：

接收单元，用于接收信源发送的输入数据包；

编码单元，用于根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行LT编码；其中，所述Φ_i根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，所述P(i，j)根据第一类中继节点接收的输入数据包个数、所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点的删除概率获得；其中，所述第一类中继节点为所述中继系统中将信源发送的输入数据包直接转发给信宿的中继节点；

发送单元，用于向信宿发送所述编码单元编码所得到的编码数据包。

一种中继系统，包括：第一类中继节点和第二类中继节点，

所述第一类中继节点，用于接收信源发送的输入数据包，将所接收的输入数据包直接转发给信宿；

所述第二类中继节点，用于接收信源发送的输入数据包，根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行LT编码；发送经过LT编码所得到的编码数据包，其中，所述Φ_i是根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，所述P(i，j)根据所述第一类中继节点接收的输入数据包个数、所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点的删除概率获得。

本发明实施例中第二类中继节点根据预置的度分布系数Φ_i进行LT编码，将得到的编码数据包发给信宿，该Φ_i是根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j得到的，采用该方案，使信宿为正确解码所需接收的编码数据包的数目减少，相应的第二类中继节点需传送给信宿的编码数据包就减少，减少了中继系统传输的数据量。

附图说明

图1是现有技术提供的LT编码示意图；

图2是本发明实施例一提供的度分布获取方法流程图；

图3是本发明实施例提供的中继系统结构图；

图4是本发明实施例提供的一个等效中继系统结构图；

图5是本发明实施例二提供的度分布获取方法流程图；

图6是本发明实施例提供的度转化示意图；

图7是采用本发明实施例二提供的度分布得到的仿真图；

图8是现有技术中采用3GPP的度分布得到的仿真图；

图9是本发明实施例三提供的数据传输方法流程图；

图10是本发明实施例四提供的通信设备结构图；

图11是本发明实施例五提供的通信节点结构图。

具体实施方式

实施例一：

参阅图2，本发明实施例一提供一种获取度分布的方法，应用于中继通信系统中，其中，所述中继通信系统中第一类中继节点将信源发送的输入数据包直接转发给信宿，第二类中继节点将所述信源发送的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿，该获取度分布的方法包括：

201、根据第一类中继节点接收的输入数据包个数、第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和第一类中继节点的删除概率，获取度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)。

202、根据P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，获取用于第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i。

其中，预设的度分布系数Ω_j为3GPP组织制定的MBMS(MultimediaBroadcast Multicast Service,多媒体广播/组播业务)标准中给出的度分布Ω(x)的度分布系数。

其中，第一类中继节点包含至少一个将接收的输入数据包直接转发给信宿的中继节点，如后续实施例中的处理能力弱的节点；第二类中继节点包含至少一个将接收的输入数据包进行LT编码并将编码后得到的编码数据包发送给信宿的中继节点，如后续实施例中的处理能力强的节点。

本发明实施例一通过根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，得到第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i，使第二类中继节点能够根据该Φ_i进行LT编码并将编码数据包发给信宿，进一步使信宿为正确解码所需接收的编码数据包的数目相对减少，相应的第二类中继节点需传送给信宿的编码数据包就减少，减少了中继系统传输的数据量。

参阅图3—图5，本发明实施例二提供一种获取度分布的方法，其中图3为中继系统结构图，图4为等效中继系统结构图，图5为获取度分布的方法流程图，该方法包括：

501、将中继系统中处理能力弱的中继节点等效成一个中继节点（如第一中继节点，将所有处理能力弱的中继节点的删除信道等效成一个删除信道（如第一删除信道）；将中继系统中处理能力强的中继节点等效成一个节点（如第二中继节点，将所有处理能力强的中继节点的删除信道等效成一个删除信道（如第二删除信道）。

在中继系统中，有的中继节点处理能力较弱，将接收的来自信源的数据包直接转发给信宿，有的中继节点处理能力较强，将接收的来自信源的数据包进行LT编码后发送给信宿，其中继系统示意图如图3所示，将图3的中继系统等效成图4的中继系统，即将图3中所有处理能力弱的中继节点等效成第一中继节点，将所有处理能力弱的中继节点的删除信道等效成第一删除信道，将所有处理能力强的中继节点等效成第二中继节点，将所有处理能力强的中继节点的删除信道等效成第二删除信道。

502、获取第一删除信道的删除概率p。

将图3中的中继系统等效成图4中的中继系统后，需要研究等效后的系统中的参数与图3中的中继系统中相关参数的关系，由于第二删除信道的删除概率不会影响LT编码的度分布，且理论上第二删除信道传输的数据包是无限长的，因此不用研究图4中的第二删除信道的删除概率与图3中相关参数的关系，只需要研究图3中的处理能力弱的中继节点等效为图4中的第一中继节点，且对应删除信道等效为第一删除信道后，第一删除信道的删除概率与处理能力弱的中继节点的删除信道的删除概率的关系。

假定中继系统中有K个中继节点（包括k个处理能力弱的中继节点和t个处理能力强的中继节点）接收来自信源的n个输入数据包，k个处理能力弱的中继节点分别转发(a₁,a₂，…a_k)个输入数据包给信宿，所通过的相应信道的删除概率为(p₁,p₂,…p_k)。

图3中信源发送的某一个任意数据包经过l（0≤l≤k）个处理能力弱的中继节点转发给信宿的概率p_A(l)为：

$p_A\left(l\right)=C_k^l\left(\underset{i\∈(s_1,s_2,...,s_l)}{\mathrm{\Π}}\frac{a_i}{n}\right)\·\left(\underset{i\∈(s_{l+1},s_{l+2},...,s_k)}{\mathrm{\Π}}\frac{n-a_i}{n}\right)---\left(1\right)$

其中，假设l个处理能力弱的中继节点的序号为(s₁,s₂,…,s_l)，则这l个处理能力弱的中继节点都收到该数据包的概率为

剩下的k-l个处理能力弱的中继节点的序号为(s_l+1,s_l+2,…,s_k)，这k-l个处理能力弱的中继节点都没有接收到这一数据包的概率为

这样的组合情况一共有

种，从而得到公式（1）。

由公式（1）可知，某一任意数据包经过l（0≤l≤k）个处理能力弱的中继节点转发给信宿时，将对应的l个删除信道等效为第一删除信道时，第一删除信道的删除概率为：

$p\left(l\right)=C_k^l\left(\underset{i\∈(s_1,s_2,...,s_l)}{\mathrm{\Π}}\frac{a_i}{n}{p}_i\right)\·\left(\underset{i\∈(s_{l+1},s_{l+2},...,s_k)}{\mathrm{\Π}}\frac{n-a_i}{n}\right)---\left(2\right)$

由于l的取值范围为0≤l≤k，因此得到将k个删除信道等效为第一删除信道后，则第一删除信道的删除概率p为：

$p=\underset{l=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}p\left(l\right)---\left(3\right)$

在公式（3）中，当k个处理能力弱的中继节点都传输信源发送出来的所有数据包给信宿时，a_i=n，l=k，这时公式（3）变为

503、求k个处理能力弱的中继节点直接转发的输入数据包个数的均值m，计算均值m除以所接收的输入数据包个数n的商θ。

其中，

a₁,a₂,…a_k分别为k个处理能力弱的中继节点直接转发的输入数据包个数，该m为k个处理能力弱的中继节点所等效成的第一中继节点通过第一删除信道直接传输给信宿的输入数据包个数。

504、根据θ和第一删除信道的删除概率p，获得P(i，j)，所述P(i，j)为度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率。

由于第一中继节点采用直接转发的方式，可以认为第一中继节点采用全为1的度分布：Δ(x)=x。显然，信宿从第一删除信道正确收到的编码数据包数目为m(1-p)，这m(1-p)个编码数据包的度均为1。设第二中继节点做LT编码时采用的度分布为

假设信宿从第二删除信道正确收到若干个LT编码数据包后开始译码，如现有技术中所述的LT的译码过程，译码时，会先在双向图中移除与m(1-p)个度为1的编码数据包相连的输入数据包。移除掉这m(1-p)输入个数据包后，双向图中剩余的编码数据包的度分布也会随之改变，假设这时剩余的编码数据包的度分布为：

如以图6为例，假定信源向中继节点发送数据包(a,b,c,d,e),第一中继节点正确译出(a,b,c,d,e)后，从中选取(a,c,e)转发给信宿，其中e在传送过程中被删除了，第一中继节点的度序列为Δ＝(1,1)。第二中继节点正确译出(a,b,c,d,e)后，对(a,b,c,d,e)做LT编码，得到(f,g,h,i)，且

f=a+b+c

g=b+c+d

h=d+e

i=c+d+e

然后，第二中继节点将(f,g,h,i)转发给信宿，其中i在传送过程中被删余了，第二中继节点的度序列为Φ=(3,3,2)。信宿在接收到(a,c,f,g,h)后，开始译码。译码时，会先移除从第一删除信道接收的数据包(a,c)，移除(a,c)后，剩余数据包的度序列为Ω=(1,2,2)，此时剩余数据包的度分布为上述Ω(x)。

由LT码的译码过程可以知道，信宿能否成功译码完全取决于Ω(x)。显然，Ω(x)与Φ(x)存在一定关系，现在3GPP标准组织制定的MBMS(MultimediaBroadcast Multicast Service,多媒体广播/组播业务)标准中给出了性能良好的度分布Ω(x)，因此本发明实施例的关键点在于如何设计合理的Φ(x)，即如何设计合理的Φ_d。

信宿在移除m(1-p)个输入数据包后，对于双向图中任意一个编码数据包，它的度为j的概率为Ω_j。显然，Ω_j等于i从j到n范围内，所有度为i(i≥j)的编码数据包移除了(i-j)个输入数据包的概率与Φ_i的乘积之和；例如，Ω₁等于度为1的编码数据包移除0个输入数据包的概率与Φ₁的乘积，加上度为2的编码数据包移除1个输入数据包的概率与Φ₂的乘积，……，加上度为n的编码数据包移除n-1个输入数据包的概率与Φ_n的乘积。

Ω_j等于i从j到n范围内，度为i(i≥j)的编码数据包移除了(i-j)个输入数据包的概率与Φ_i的乘积之和，即Ω_j等于i从j到n范围内，Φ_i乘以度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)的乘积之和，因此，需要计算P(i，j)。

具体获得P(i，j)的过程包括：

根据θ，求得度为i的编码数据包中恰有k个输入数据包经过第一中继节点传送给信宿的概率为根据p,求得k个输入数据包中有恰i-j个输入数据包被信宿正确接收的概率为

将

与相乘，k的取值范围为i-j≤k≤i，将乘积求和得到P(i,j)。

则，度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i,j)为：

$P(i,j)=\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j}---\left(4\right)$

505、根据所述P(i，j)和3GPP标准组织制定的标准中给出的度分布系数Ω_j，求出用于处理能力强的中继节点进行LT编码的度分布系数Φ_i；其中，所述Φ_i为度为i的编码数据包在所有编码数据包中的概率；所述Ω_j为从所有编码数据包中移除m(l-p)个输入数据包后的任意数据包度为j的概率，所述m等于n乘以θ。

从以上描述可以得出，Ω_j等于i从j到n范围内，度为i(i≥j)的编码数据包移除了(i-j)个输入数据包的概率与Φ_i的乘积之和，即Ω_j等于i从j到n范围内，Φ_i乘以度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)的乘积之和，则Ω_j为：

${\mathrm{\Ω}}_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j},j=\mathrm{0,1},...,n---\left(5\right)$

如下将公式（5）写成n+1个等式的联立方程组：

Ω₀=Φ₀+Φ₁·θ·p+Φ₂·θ²·p²+…+Φ_n·θⁿ·pⁿ

${\mathrm{\Ω}}_1={\mathrm{\Φ}}_1\·[C_1^1\mathrm{\θ}(1-p)+C_1^0(1-\mathrm{\θ})]+$

${\mathrm{\Φ}}_2\·[C_2^2{\mathrm{\θ}}^2\·C_2^1(1-p)p+C_2^1\mathrm{\θ}(1-\mathrm{\θ})C_1^1(1-p)]+...+$

${\mathrm{\Φ}}_n\·[C_n^n{\mathrm{\θ}}^n{(1-\mathrm{\θ})}^0{C}_n^{n-1}{(1-p)}^{n-1}{p}^1+C_n^{n-1}{\mathrm{\θ}}^{n-1}{(1-\mathrm{\θ})}^1{C}_{n-1}^{n-1}{\left(1-p\right)}^{n-1}$

${\mathrm{\Ω}}_j={\mathrm{\Φ}}_j\·[C_j^j{\mathrm{\θ}}^j{(1-\mathrm{\θ})}^0{p}^j+C_j^{j-1}{\mathrm{\θ}}^{j-1}{(1-\mathrm{\θ})}^1{p}^{j-1}+...+C_j^0{\mathrm{\θ}}^0{(1-\mathrm{\θ})}^j{p}^0]+$ （6）

${\mathrm{\Φ}}_{j+1}\·[C_{j+1}^{j+1}{\mathrm{\θ}}^{j+1}{(1-\mathrm{\θ})}^0{C}_{j+1}^1(1-p)p^j+C_{j+1}^j{\mathrm{\θ}}^j{(1-\mathrm{\θ})}^1{C}_j^1(1-p)p^{j-1}+...$

$+C_{j+1}^1{\mathrm{\θ}}^1{(1-\mathrm{\θ})}^j{C}_1^1(1-p)p^0]+...+$

${\mathrm{\Φ}}_n\·[C_n^n{\mathrm{\θ}}^n{(1-\mathrm{\θ})}^0{C}_n^{n-j}{(1-p)}^{n-j}{p}^j+C_n^{n-1}{\mathrm{\θ}}^{n-1}{(1-\mathrm{\θ})}^1{C}_{n-1}^{n-j}{(1-p)}^{n-j}{p}^{j-1}$

$+...+C_n^{n-j}{\mathrm{\θ}}^{n-j}{(1-\mathrm{\θ})}^j{C}_{n-j}^{n-j}{(1-p)}^{n-j}{p}^0]$

${\mathrm{\Ω}}_n={\mathrm{\Φ}}_n[C_n^n{\mathrm{\θ}}^n{(1-\mathrm{\θ})}^0{p}^n+C_n^{n-1}{\mathrm{\θ}}^{n-1}{(1-\mathrm{\θ})}^1{p}^{n-1}+...+C_n^0{\mathrm{\θ}}^0{(1-\mathrm{\θ})}^n{p}^0$

在已知Ω(x)，即已知Ω₀，Ω₁.......Ω_n的情况下，根据删除概率p，可以通过求解（6）式中的n+1个线性方程，求得Φ₀，Φ₁.......Φ_n等。通常，线性方程组（6）没有实数解，因而可以通过最小平方和求得一个近似解，使得（6）中等式两边近似相等。其最小平方和公式如下：

$\min \underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(A_j-{\mathrm{\Ω}}_j)}^2---\left(7\right)$

其中， $A_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j},$ Ω₀，Ω₁.......Ω_n为现有的已知数值；

该公式的约束条件为：

$.\left\{\begin{array}{c}\underset{j=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i=1\\ {\mathrm{\Φ}}_i\≥0,i=\mathrm{0,1},......n\end{array}\right.$

在上述约束条件下，得到公式（7）的最小值所对应的Φ₀，Φ₁.......Φ_n。

本发明实施例二中将中继系统中处理能力弱的中继节点等效成第一中继节点，将所有处理能力弱的中继节点的删除信道等效成第一删除信道，利用θ和第一删除信道的删除概率，获得度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)，利用P(i，j)和预置的Ω_j值，得到Φ_i，使处理能力强的中继节点能够利用Φ_i进行LT编码，进而使信宿利用接收到的度为1的输入数据包能够对处理能力强的中继节点发送的编码数据包进行解码，且使信宿为正确解码所需接收的编码数据包的数目相对减少，相应的第二类中继节点（包括一个或者多个处理能力强的中继节点）需传送给信宿的编码数据包就减少，减少了中继系统传输的数据量。

为了后续中继系统中信宿能够正确解码，将Φ_i配置在中继系统中处理能力强的中继节点中。

假设在图4的等效系统模型中，第一中继节点从n个输入数据包中选取

个输入数据包传输，这样（5）式变为：

${\mathrm{\Ω}}_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i{\left(\frac{1}{2}\right)}^i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{C}_k^{i-j}{(1-e_2)}^{i-j}{e_2}^{k-i+j},j=\mathrm{0,1},...,n---\left(8\right)$

3GPP标准组织制定的MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service,多媒体广播/组播业务)标准中给出的Ω(x)为：

Ω(x)=0.0098x¹+0.4590x²+0.2110x³+0.1134x⁴+

0.1113x¹⁰+0.0799x¹¹+0.0156x⁴⁰

将（8）式代入优化问题（7）式中，根据Ω(x)，参考第一删除信道不同的删除概率p，利用数学工具，可以优化出相应的Φ(x)。结果如下：

p=0.05时，Φ(x)=0.4907x⁴+0.3687x⁵+0.0698x¹⁹+0.0708x²⁰；

p=0.1时，Φ(x)=0.7407x⁴+0.1068x⁵+0.0675x¹⁸+0.0849x¹⁹；

p=0.15时，Φ(x)=0.8401x⁴+0.0433x¹⁷+0.1166x¹⁸；

p=0.2时，Φ(x)=0.1231x³+0.7168x⁴+0.1601x¹⁷。

在图4所示等效中继系统中，信源传输一张640×480的图片，第一删除信道的删除概率为0.1，第二删除信道的删除概率为0.1，Φ(x)分别采用本发明实施例提供的度分布和3GPP的度分布，在仿真帧数为1000帧时，仿真结果分别为图7和图8所示。其中，横坐标为信宿正确译码时，接收到的数据包数与中间符号数目（其中，中间符号数目相当于前述的输入数据包数目n）的比值，纵坐标为成功译码次数。

从仿真结果可以知道，第二中继节点采用3GPP MBMS的度分布时，信宿成功译出信源发送的原数据包需正确接收的数据包数目平均为830个，方差为445.5，接收数据包（上述需正确接收的数据包）与中间符号数目的比值平均为1.173；第二中继节点采用本发明实施例提供的度分布时，信宿成功译出信源发送的原数据包需正确接收的数据包数目平均为744个，方差为215.4，接收数据包与中间符号数目的比值平均为1.054。与采用3GPP MBMS的度分布相比，采用本发明实施例提供的度分布时，信宿需正确接收的数据包的数目较少，这样相应的中继节点需传送给信宿的数据包就减少，减轻了中继系统传输的数据量。

实施例三：

参阅图9，本发明实施例三提供一种数据传输方法，包括：

901、信源广播数据包。

902、k个处理能力弱的中继节点接收信源广播的数据包，成功译出n个输入数据包，并分别转发(a₁,a₂，...a_k)个输入数据包给信宿；t个处理能力强的中继节点接收信源广播的数据包，成功译出n个输入数据包，根据预置的Φ_i，对n个输入数据包进行LT编码，将编码得到的编码数据包转发给信宿。

其中，Φ_i是根据实施例二所述的方法得到的。

903、信宿将一个度为1的编码数据包（即上述处理能力弱的中继节点直接转发的输入数据包），与其相连的所有其他编码数据包进行异或运算，从而使这些编码数据包的度减1，这样就可能产生新的度为1的编码数据包，再将新的度为1的编码数据包与其相连的所有其他编码数据包进行异或运算，以此方法进行迭代，直到译码结束。

本发明实施例三提供的数据传输过程中，处理能力强的中继节点根据预置的Φ_i，对n个输入数据包进行LT编码，将编码得到的编码数据包转发给信宿，使信宿能够对处理能力强的中继节点发送的编码数据包进行正确解码，且为正确解码所需接收的编码数据包的数目减少，相应的处理能力强的中继节点需传送给信宿的编码数据包就减少，减少了中继系统传输的数据量。

实施例四：

参阅图10，本发明实施例四提供一种通信设备，其包括：

获取单元1001，用于根据第一类中继节点接收的输入数据包个数、第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和第一类中继节点的删除概率，获取度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)。

计算单元1002，用于根据所述P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，获取用于第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i。

其中，第一类中继节点为中继系统中将信源发送的输入数据包直接转发给信宿的中继节点；第二类中继节点为所述中继系统中将所述信源发送的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿的中继节点。

本发明实施例四通过根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，得到第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i，使第二类中继节点能够根据该Φ_i进行LT编码并将编码数据包发给信宿，进一步使信宿为正确解码所需接收的编码数据包的数目相对减少，相应的第二类中继节点需传送给信宿的编码数据包就减少，减少了中继系统传输的数据量。

实施例五

参阅图11，本发明实施例五提供一种中继节点，该中继节点为处理能力强的中继节点，其包括：

接收单元1101，用于接收信源发送的输入数据包。

编码单元1102，用于根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行LT编码；其中，所述Φ_i根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，所述P(i，j)根据第一类中继节点接收的输入数据包个数、第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和第一类中继节点的删除概率获得；其中，第一类中继节点为中继系统中将信源发送的输入数据包直接转发给信宿的中继节点。

发送单元1103，用于向信宿发送所述编码单元编码所得到的编码数据包。

其中，P(i，j)是在k从i－j到i范围内，度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给信宿的概率与k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率的乘积之和。

所述度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给所述信宿的概率根据所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点接收的输入数据包个数获得。

所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率根据第一删除信道的删除概率p获得，所述第一删除信道的删除概率p根据所述信源发送的一个输入数据包经过所述第一类中继节点中各个中继节点直接转发给所述信宿的概率和所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道的删除概率获得，所述第一删除信道是所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道等效成的一个删除信道。

所述Φ_i根据公式 ${\mathrm{\Ω}}_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j}$ 和预设的度分布系数Ω_j获得，其中，θ为第一类中继节点中各个中继节点转发的输入数据包个数的均值除以第一类中继节点接收的输入数据包个数的商。

本发明实施例五中的中继节点根据预置的Φ_i，对输入数据包进行LT编码，将编码得到的编码数据包转发给信宿，使信宿能够对处理能力强的中继节点发送的编码数据包进行正确解码，且为正确解码所需接收的编码数据包的数目减少，相应的处理能力强的中继节点需传送给信宿的编码数据包就减少，减少了中继系统传输的数据量。

实施例六：

本发明实施例六提供一种中继系统，包括第一类中继节点和第二类中继节点。

第一类中继节点，用于接收信源发送的输入数据包，将所接收的输入数据包直接转发给信宿。

第二类中继节点，用于接收信源发送的输入数据包，根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行LT编码；发送经过LT编码所得到的编码数据包，其中，所述Φ_i是根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，所述P(i，j)根据所述第一类中继节点接收的输入数据包个数、所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点的删除概率获得。

本发明实施例六中的第二类中继节点根据预置的Φ_i，对输入数据包进行LT编码，将编码得到的编码数据包转发给信宿，使信宿能够对处理能力强的中继节点发送的编码数据包进行正确解码，且为正确解码所需接收的编码数据包的数目减少，相应的处理能力强的中继节点需传送给信宿的编码数据包就减少，减少了中继系统传输的数据量。

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步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，例如只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的度分布获取方法、数据传输方法、设备及中继系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种获取度分布的方法，应用于中继通信系统中，其中，所述中继通信系统中第一类中继节点将信源发送的输入数据包直接转发给信宿，第二类中继节点将所述信源发送的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿，其特征在于，所述方法包括：

根据所述第一类中继节点接收的输入数据包个数、所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点的删除概率，获取度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)；

根据所述P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，获取用于所述第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i；

所述获取度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)包括：

根据所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点接收的输入数据包个数，获得度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给信宿的概率；

将所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道等效成第一删除信道，根据所述信源发送的一个输入数据包经过所述第一类中继节点中各个中继节点直接转发给所述信宿的概率和所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道的删除概率，获得所述第一删除信道的删除概率p；

根据所述第一删除信道的删除概率p，获得所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率；

在k从i－j到i范围内，将所述度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给所述信宿的概率与所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率的乘积相加得到所述P(i，j)；

所述根据所述P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，获取用于所述第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i包括：

根据公式 ${\mathrm{\Ω}}_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j}$ 和预设的度分布系数Ω_j，获得用于所述第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i，其中，θ为第一类中继节点中各个中继节点转发的输入数据包个数的均值除以第一类中继节点接收的输入数据包个数的商，所述

为度为i的编码数据包中有k个输入数据包经过第一中继节点传送给信宿的概率，所述为k个输入数据包中有i-j个输入数据包被信宿正确接收的概率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一类中继节点包含至少一个将接收的输入数据包直接转发给所述信宿的中继节点；

所述第二类中继节点包含至少一个将接收的输入数据包进行LT编码并将编码后得到的编码数据包发送给所述信宿的中继节点。

3.一种中继通信系统中数据传输的方法，其特征在于，所述中继通信系统中的第一类中继节点将接收的输入数据包直接转发给信宿，第二类中继节点将接收的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿；其中，

所述第二类中继节点将接收的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿的步骤包括：

所述第二类中继节点根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行LT编码；

发送经过LT编码所得到的编码数据包；其中，

所述Φ_i是根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，所述P(i，j)的获得具体包括：

所述P(i，j)是在k从i－j到i范围内，度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给信宿的概率与k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率的乘积之和；

所述度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给所述信宿的概率根据所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点接收的输入数据包个数获得；

所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率根据第一删除信道的删除概率p获得，所述第一删除信道的删除概率p根据所述信源发送的一个输入数据包经过所述第一类中继节点中各个中继节点直接转发给所述信宿的概率和所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道的删除概率获得，所述第一删除信道是所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道等效成的一个删除信道；

所述Φ_i根据公式 ${\mathrm{\Ω}}_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j}$ 和预设的度分布系数Ω_j获得，其中，θ为第一类中继节点中各个中继节点转发的输入数据包个数的均值除以第一类中继节点接收的输入数据包个数的商，所述

为度为i的编码数据包中有k个输入数据包经过第一中继节点传送给信宿的概率，所述

为k个输入数据包中有i-j个输入数据包被信宿正确接收的概率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述第一类中继节点包含至少一个将接收的输入数据包直接转发给所述信宿的中继节点；

所述第二类中继节点包含至少一个将接收的输入数据包进行LT编码并将编码后得到的编码数据包发送给所述信宿的中继节点。

5.一种通信设备，其特征在于，包括：

获取单元，用于根据第一类中继节点接收的输入数据包个数、第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和第一类中继节点的删除概率，获取度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)；其中，所述获取单元，具体用于：根据所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点接收的输入数据包个数，获得度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给信宿的概率；

将所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道等效成第一删除信道，根据所述信源发送的一个输入数据包经过所述第一类中继节点中各个中继节点直接转发给所述信宿的概率和所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道的删除概率，获得所述第一删除信道的删除概率p；

根据所述第一删除信道的删除概率p，获得所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率；

在k从i－j到i范围内，将所述度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给所述信宿的概率与所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率的乘积相加得到所述P(i，j)；

计算单元，用于根据所述P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j，获取用于第二类中继节点对接收的输入数据包进行LT编码的度分布系数Φ_i；其中，所述Φ_i根据公式 ${\mathrm{\Ω}}_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j}$ 和预设的度分布系数Ω_j获得，其中，θ为第一类中继节点中各个中继节点转发的输入数据包个数的均值除以第一类中继节点接收的输入数据包个数的商，所述

为度为i的编码数据包中有k个输入数据包经过第一中继节点传送给信宿的概率，所述

为k个输入数据包中有i-j个输入数据包被信宿正确接收的概率；

其中，第一类中继节点为中继系统中将信源发送的输入数据包直接转发给信宿的中继节点；第二类中继节点为所述中继系统中将所述信源发送的输入数据包进行LT编码后发送给所述信宿的中继节点。

6.一种中继节点，应用于中继通信系统中，其特征在于，包括：

接收单元，用于接收信源发送的输入数据包；

编码单元，用于根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行LT编码；其中，所述Φ_i根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，所述P(i，j)是在k从i－j到i范围内，度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给信宿的概率与k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率的乘积之和；

所述度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给所述信宿的概率根据所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点接收的输入数据包个数获得；

所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率根据第一删除信道的删除概率p获得，所述第一删除信道的删除概率p根据所述信源发送的一个输入数据包经过所述第一类中继节点中各个中继节点直接转发给所述信宿的概率和所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道的删除概率获得，所述第一删除信道是所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道等效成的一个删除信道；

所述Φ_i根据公式 ${\mathrm{\Ω}}_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j}$ 和预设的度分布系数Ω_j获得，其中，θ为第一类中继节点中各个中继节点转发的输入数据包个数的均值除以第一类中继节点接收的输入数据包个数的商，所述

为度为i的编码数据包中有k个输入数据包经过第一中继节点传送给信宿的概率，所述

为k个输入数据包中有i-j个输入数据包被信宿正确接收的概率；

其中，所述第一类中继节点为所述中继系统中将信源发送的输入数据包直接转发给信宿的中继节点；

发送单元，用于向信宿发送所述编码单元编码所得到的编码数据包。

7.一种中继系统，其特征在于，包括：第一类中继节点和第二类中继节点，

所述第一类中继节点，用于接收信源发送的输入数据包，将所接收的输入数据包直接转发给信宿；

所述第二类中继节点，用于接收信源发送的输入数据包，根据预置的度分布系数Φ_i，对所接收的输入数据包进行LT编码；发送经过LT编码所得到的编码数据包，其中，所述Φ_i是根据度为i的编码数据包转化为度为j的编码数据包的概率P(i，j)和预设的度分布系数Ω_j获得，所述P(i，j)的获得具体包括：

根据所述第一类中继节点直接转发的输入数据包个数和所述第一类中继节点接收的输入数据包个数，获得度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给信宿的概率；

将所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道等效成第一删除信道，根据所述信源发送的一个输入数据包经过所述第一类中继节点中各个中继节点直接转发给所述信宿的概率和所述第一类中继节点中各个中继节点的删除信道的删除概率，获得所述第一删除信道的删除概率p；

根据所述第一删除信道的删除概率p，获得所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率；

在k从i－j到i范围内，将所述度为i的编码数据包中的k个输入数据包通过所述第一类中继节点直接转发给所述信宿的概率与所述k个输入数据包中有i-j个输入数据包被所述信宿接收的概率的乘积相加得到所述P(i，j)；

所述Φ_i根据公式 ${\mathrm{\Ω}}_j=\underset{i=j}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Φ}}_i\underset{k=i-j}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i^k{\mathrm{\θ}}^k{(1-\mathrm{\θ})}^{i-k}{C}_k^{i-j}{(1-p)}^{i-j}{p}^{k-i+j}$ 和预设的度分布系数Ω_j获得，其中，θ为第一类中继节点中各个中继节点转发的输入数据包个数的均值除以第一类中继节点接收的输入数据包个数的商，所述

为度为i的编码数据包中有k个输入数据包经过第一中继节点传送给信宿的概率，所述

为k个输入数据包中有i-j个输入数据包被信宿正确接收的概率。

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