CN101917247A - 基于qam调制的多用户中继网络信息处理方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信技术领域的基于QAM调制的多用户中继网络信息处理方法，包括以下步骤：每个用户分别将信号发送到中继和终端；中继对接收到的用户信号依次进行解调、正交分解和网络编码得到编码后的信号，终端对接收到的用户信号进行标准化处理得到每个用户的标准化信号；中继将编码后的信号发送到终端，终端对接收到的编码后的信号依次进行标准化处理、正交分解和分离处理，分别得到每个用户的信号，终端把从终端分离出的用户信号和得到的用户的标准化信息进行合并处理，得到解调后每个用户的信号。本发明具有解调方式简单灵活的特点，提高了中继的功率效率，因此能达到更佳的误码性能。

Description

基于QAM调制的多用户中继网络信息处理方法

技术领域

本发明涉及的是一种无线通信技术领域的方法，具体是一种基于QAM(QuadratureAmplitude Modulation正交幅度调制)调制的多用户中继网络信息处理方法。

背景技术

在通信网络中，网络节点可以对收到的信息进行编码后发送出去，接收节点通过相应的译码恢复信源发送的信息。现有技术表明，网络编码能大大提高网络吞吐量，因此受到广泛关注。将网络编码的应用于无线通信系统中同样能够提升系统的新能。为了对现有无线网络的软硬件设备和相应的协议不做大的修改，网络编码通常在高层实现。在无线协同通信中，考虑到无线介质的广播特性，在物理层实现网络编码为进一步提高无线网络的吞吐量提供了一个新方向。

在多用户中继通信中，多个用户在一个中继的协助下发送不同的信息给一个终端(通常是基站)。在这一场景中，如果不采用网络编码，那么中继就需要在不同的正交信道上依次转发来自不同用户的信息。而如果采用网络编码，中继就可以将来自2个或者多个用户的信息合并为一路信号，从而提高了频谱效率。此时物理层网络编码可以分为涉及调制的和不涉及调制的这2种。异或(XOR)方案就是一种不涉及调制的网络编码方案。在XOR方案中，中继将来自2个用户的信号在比特位做一一对应的异或运算。将来自2个用户的信号合并后采用更高阶的调制方式调制的多用户联合调制(MUJM)方案以及将来自2个用户的信号调制后直接相加的模拟网络编码(ANC)方案都属于涉及调制的网络编码方案。

XOR方案由于在涉及中不考虑具体的调制方式，所以在终端解调时通常只能采用最大似然(ML)解调，这一解调方法复杂度很高，尤其是在采用高阶调制的情况下。涉及调制的网络编码方案在设计时需要考虑具体的调制方式，因此一些网络编码方法只能针对某些具体的调制方案。比如，有一种针对PSK(相移键控)调制方式的网络编码方案是把2路信号的相位相加得到编码后PSK信号的相位。另外，MUJM方案和ANC方案由于采用了更高阶的调制方式，会导致在相同的发送功率下，终端对于接受信号解调的误码性能会比XOR方案的误码性能差。

经对现有文献检索发现，中国专利公开号为：101325549，名称为：在无线中继网络中采用网络编码通信的方法，该技术中继根据情况将多个用户发送到中继的信号采用网络编码后发送到基站，中继采用的网络编码可以是异或网络编码或者模拟网络编码。但是当采用异或的网络编码时，会导致终端(基站)需要较大的运算量来实现解调；当采用模拟网络编码时，误码性能会比较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于QAM调制的多用户中继网络信息处理方法。本发明针对现有通信系统常用的QAM调制方式给出了信息的编解码方法，具有解调方式方便灵活、中继效率高和误码率低的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，每个用户分别将信号发送到中继和终端。

第二步，中继对接收到的用户信号依次进行解调、正交分解和网络编码，得到编码后的信号xR；终端对接收到的用户信号进行标准化处理和正交分解，得到每个用户的正交分解信号。

所述的网络编码将若干路信号合并为一路信号，是：

x_R＝(2a_R-M+1)+(2b_R-N+1)j，

其中：a_R＝(a₁+a₂+...+a_k)_modM，

b_R＝(b₁+b₂+...+b_k)_modN，

a_i＝(a_i+M-1)/2，

b_i＝(b_i+N-1)/2，

x_R是网络编码后的QAM信号，a_i和b_i是第i个用户的正交分解后的正交信号，M是a_i的取值个数，N是b_i的取值个数，k是用户的数目，1≤i≤k。

所述的标准化处理，是：

${x_i}^{\text{'}}=\frac{{\mathrm{\α}}_i{h}_i{x}_i+n_i}{{\mathrm{\α}}_i\×h_i}=x_i+\frac{n_i}{{\mathrm{\α}}_i\×h_i},$

其中：x_i′是第i个用户的标准化信号，α_i是第i个用户的功率因子，x_i是第i个用户QAM调制的符号，h_i是第i个用户的信道因子，n_i是第i个用户的高斯噪声。

第三步，中继将编码后的信号发送到终端，终端对接收到的编码后的信号依次进行标准化处理、正交分解和分离处理，分别得到每个用户的信号。

所述的分离处理，是：

x″_i＝a″_i+b″_ij

其中：

x″_i是分离得到的第i个用户的信号，

和

是终端接收到的编码后的信号经正交分解后得到的正交信号，

和

是第二步中终端得到的第n个用户的正交分解信号，M是

的取值个数，N是的取值个数，1≤i≤k，1≤n≤k，k是用户的数目，k_a是正整数，k_b是正整数，-M≤a″_i≤M，-N≤b″_i≤N。

第四步，终端把从第三步中终端分离出的用户信号和第二步中得到的用户的标准化信号进行合并处理，得到解调后每个用户的信号。

所述的合并处理，是指：

x_i＝λx′_i+(1-λ)x″_i，

其中： $\mathrm{\λ}=\frac{\mathrm{SNR}1}{\mathrm{SNR}1+\mathrm{SNR}2},$

x_i是合并后第i个用户的的信号，x′_i是第二步中得到的第i个用户的的标准化信号，x″_i是第三步中终端分离出的i个用户的的信号，SNR1是x′_i的信噪比，SNR2是x″_i的信噪比。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：相对于在每个比特上做的XOR网络编码方案，本方案具有解调方式简单灵活的特点，这一点在采用高阶调制的情况下尤其突出，并且可以在采用最佳接收机的情况下达到相同的误码性能。相对于MUJM/ANC方案，本方案提高了中继的功率效率，因此能达到更佳的误码性能。另外，由于本发明是用于QAM调制，由于QAM调制的优势，性能优于采用包括PSK调制的一些其他方案。

附图说明

图1为实施例误码性能比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，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。

实施例

本实施例进行基于16QAM调制的两用户中继网络信息处理，包括以下步骤：

第一步，用户1发送信号α₁·x₁到中继和终端，用户2发送信号α₂·x₂到中继和终端，其中这两路信号处于相同位置的两个16QAM  调制的符号表示为x₁，x₂∈{a′+b′j |a′，b′＝±1，±3}，α₁是用户1发射信号的功率因子，α₂是用户2发射信号的功率因子。

第二步，中继对接收到的用户信号依次进行解调、正交分解和网络编码，得到编码后的信号；终端对接收到的用户信号进行标准化处理和正交分解，得到每个用户的正交分解信号。

所述的接收到的用户信号为：α_ih_ix_i+n_i，其中：α_i是第i个用户的功率因子，x_i是第i个用户QAM调制的符号，h_i是第i个用户的信道因子，n_i是第i个用户的高斯噪声。

所述的正交分解是指把x₁和x₂的实部和虚部分离，即从x_i＝a′_i+b′_ij，i＝1，2中提取出a′_i，b′_i∈{±1，±3}，其中：a′_i共有四个取值，b′_i也是有四个取值，即M＝N＝4。

所述的网络编码是基于模加运算实现的，具体是：

x_R＝(2a_R-M+1)+(2b_R-N+1)j，

其中：a_R＝(a₁+a₂)_mod4，

b_R＝(b₁+b₂)_mod4，

a_i＝(a_i+4-1)/2，

b_i＝(b′_i+4-1)/2，

x_R是网络编码后的QAM信号，a′_i和b′_i是第i个用户的正交分解后的正交信号，1≤i≤2。本实施例中x_R＝(a_R+b_Rj)·2-3，由此可见，x_R还是一个16QAM调制的信号。

所述的标准化处理，是：

${x_1}^{\text{'}}=x_1+\frac{n_1}{{\mathrm{\α}}_1\×h_1},$

${x_2}^{\text{'}}=x_2+\frac{n_2}{{\mathrm{\α}}_2\×h_2}$

其中：x₁′是用户1的标准化信号，x₂′是用户2的标准化信号，n₁是用户1的高斯噪声，h₁是用户1的信道因子，n₂是用户2的高斯噪声，h₂是用户2的信道因子。

第三步，中继将编码后的信号发送到终端，终端对接收到的编码后的信号依次进行标准化处理、正交分解和分离处理，分别得到每个用户的信号。

所述的接收到的编码后的信号为：α_Rh_Rx_R+n_R，其中：α_R是中继的功率因子，x_R是编码后的信号，h_R是中继的信道因子，n_R是中继的高斯噪声。

所述的标准化处理和正交处理同第二步。

以用户1为例，所述的分离处理，是：

x″₁＝a″₁+b″₁j

其中：

x″₁是分离得到的用户1的信号，

和

是终端接收到的编码后的信号经正交分解后得到的正交信号，

和

是第二步中终端得到的用户2的正交分解信号，k_a是正整数，k_b是正整数，-4≤a″₁≤4，-4≤b″₁≤4。

采用同样方法可以得到用户2的信息x″₂。

第四步，终端把从第三步中终端分离出的用户信号和第二步中得到的用户的标准化信号进行合并处理，得到解调后每个用户的信号。

所述的合并处理，是指：

x_i＝λx′_i+(1-λ)x″_i，

其中： $\mathrm{\λ}=\frac{\mathrm{SNR}1}{\mathrm{SNR}1+\mathrm{SNR}2},$

x_i是合并后第i个用户的的信号，x′_i是第二步中得到的第i个用户的的标准化信号，x″_i是第三步中终端分离出的i个用户的的信号，SNR1是x′_i的信噪比，SNR2是x″_i的信噪比。

本实施例中可以用最佳接收机来代替第三步和第四步。

当所有的信道均为瑞利衰落信道，两个用户到终端的平均信噪比相等，而用户到中继的平均信噪比比用户到终端的平均信噪比高5dB时，分别采用现有技术的比特位XOR方法、把来自两个用户的信号调制后相加的ANC方法和本实施例方法得到的实施例的误码性能比较图如图1所示，其中：“本实施例方案最优接收机”表示使用最佳接收机代替本实施例的第三步和第四步的方法，“本实施例方案简单接收机”表示本实施例的四个步骤，“异或(XOR)方案最佳接收机”表示现有技术的比特位XOR方法，“模拟(ANC)方案最佳接收机”表示现有技术中、把来自两个用户的信号调制后相加的ANC方法。从图1可见：在均采用最佳接收机的情况下，本实施例所述方案的误码性能与异或(XOR)方案基本相同，并且优于模拟(ANC)方案，而本实施例所述方案相对于异或(XOR)方案的优点在于能够使用简单的接收机接收信号并且仅仅造成少量的(大约2dB)的性能损失。

Claims (5)

1.一种基于QAM调制的多用户中继网络信息处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，每个用户分别将信号发送到中继和终端；

第二步，中继对接收到的用户信号依次进行解调、正交分解和网络编码，得到编码后的信号；终端对接收到的用户信号进行标准化处理和正交分解，得到每个用户的正交分解信号；

第三步，中继将编码后的信号发送到终端，终端对接收到的编码后的信号依次进行标准化处理、正交分解和分离处理，分别得到每个用户的信号；

第四步，终端把从第三步中终端分离出的用户信号和第二步中得到的用户的标准化信号进行合并处理，得到解调后每个用户的信号。

2.根据权利要求1所述的基于QAM调制的多用户中继网络信息处理方法，其特征是，所述的网络编码将若干路信号合并为一路信号，是：

x_R＝(2a_R-M+1)+(2b_R-N+1)j，

其中：a_R＝(a₁+a₂+...+a_k)_modM，

b_R＝(b₁+b₂+...+b_k)_modN，

a_i＝(a′_i+M-1)/2，

b_i＝(b_i+N-1)/2，

x_R是网络编码后的QAM信号，a′_i和b′_i是第i个用户的正交分解后的正交信号，M是a′_i的取值个数，N是b′_i的取值个数，k是用户的数目，1≤i≤k。

3.根据权利要求1所述的基于QAM调制的多用户中继网络信息处理方法，其特征是，所述的标准化处理，是：

${x_i}^{\text{'}}=\frac{{\mathrm{\α}}_i{h}_i{x}_i+n_i}{{\mathrm{\α}}_i\×h_i}=x_i+\frac{n_i}{{\mathrm{\α}}_i\×h_i},$

其中：x_i′是第i个用户的标准化信号，α_i是第i个用户的功率因子，x_i是第i个用户QAM调制的符号，h_i是第i个用户的信道因子，n_i是第i个用户的高斯噪声。

4.根据权利要求1所述的基于QAM调制的多用户中继网络信息处理方法，其特征是，所述的分离处理，是：

x″_i＝a″_i+b″_ij

其中：

x″_i是分离得到的第i个用户的信号，和

是终端接收到的编码后的信号经正交分解后得到的正交信号，

和

是第二步中终端得到的第n个用户的正交分解信号，M是

的取值个数，N是

的取值个数，1≤i≤k，1≤n≤k，k是用户的数目，k_a是正整数，k_b是正整数，-M≤a″₁≤M，-N≤b″_i≤N。

5.根据权利要求1所述的基于QAM调制的多用户中继网络信息处理方法，其特征是，所述的合并处理，是指：

x_i＝λx′_i+(1-λ)x″_i，

其中： $\mathrm{\λ}=\frac{\mathrm{SNR}1}{\mathrm{SNR}1+\mathrm{SNR}2},$

x_i是合并后第i个用户的的信号，x′_i是第二步中得到的第i个用户的的标准化信号，x″_i是第三步中终端分离出的i个用户的的信号，SNR1是x′_i的信噪比，SNR2是x″_i的信噪比。