CN102136883B - 基于网络编码的协作中继传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于网络编码的协作中继传输方法，包括以下步骤：S1、源节点将待发送的信息分别进行n种不同的网络编码运算，得到n个不同的编码信号；S2、源节点利用m个子信道将所述n个不同的编码信号分别发送给m个中继节点，同时利用其余的k子信道将所述待发送的信息分别发送给k个目的节点；S3、所述m个中继节点将接收到的所述n个不同的编码信号分别进行去噪处理，然后分别转发给k个目的节点，k个目的节点各自在接收到来自源节点和m个中继节点的总共n+1路信号后，各自进行解码运算和信号合并处理，得到各自的接收信息。本发明提高了传输分集增益、能有效对抗无线信道衰落、进一步提高了信息传输质量、系统传输可靠性和频谱利用率。

Description

基于网络编码的协作中继传输方法
技术领域
本发明涉及网络编码和协作中继技术领域，尤其涉及一种基于网络编码的协作中继传输方法。
背景技术
中继技术就是在通信的源节点和目的节点间引入中继节点，源节点发给目的节点的信息一方面可以在源和目的间的直连链路上传输，另一方面可通过中继节点进行接力转发给目的节点。中继技术在无线通信中具有广泛的应用，如卫星通信、蜂窝通信、无线mesh网络等都可采用中继传输技术提高系统的传输性能。
协作中继亦被称作为协作分集，是单路径中继的一个扩展方案，其通过在源节点和目的节点之间引入一个或者多个具有共同覆盖区域的节点充当中继节点，利用多个相对独立的路径将信号传输给目的节点，目的节点将接收到多路径的信号进行组合检测。因此，协作中继技术已被认为是未来无线通信发展的重要方向。在保证高可靠性的同时，进一步提升无线网络的新信息传输速率。
网络编码技术是一种新兴的传输技术，通过在网络节点对信息进行不同级别的运算而进行编码，并在目的地端进行相应的解码运算。这样可以有效节省无线传输的时隙，提高频谱利用效率，提升网络的信息传输流量。
现有协作中继传输方案的系统频谱利用率并不充分，因为在现有协作中继传输方案，虽然通过中继的引入，提高了传输的可靠性和有效性，然而在半双工模式下，中继的转发需要多占一个时隙才能完成，因此频谱利用效率并不充分，而且也并未充分挖掘出潜在的协作分集增益。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够提高传输分集增益、有效对抗无线信道衰落，进一步提高信息传输质量、系统传输可靠性和频谱利用率的协作中继传输方案。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于网络编码的协作中继传输方法，在该方法中，共有一个源节点、m个中继节点、k个目的节点以及m+k个子信道参与协作中继传输，其中m、k均为正整数，且该方法包括以下步骤：
S1、源节点将待发送的信息分别进行n种不同的网络编码运算，得到n个不同的编码信号，n为正整数；
S2、源节点利用m个子信道将所述n个不同的编码信号分别发送给m个中继节点，同时利用其余的k子信道将所述待发送的信息分别发送给k个目的节点；
S3、所述m个中继节点将接收到的所述n个不同的编码信号分别进行去噪处理，然后分别转发给k个目的节点，k个目的节点各自在接收到来自源节点和m个中继节点的总共n+1路信号后，各自进行解码运算和信号合并处理，得到各自的接收信息。
在步骤S1中，所述网络编码运算包括加、减编码运算，相应地，在步骤S3中，所述解码运算包括加、减编码运算的逆运算。
在步骤S3中，利用最大比合并的方法进行信号合并处理。
其中，所述子信道为正交子信道。
(三)有益效果
本发明将协作中继技术和网络编码技术有效结合，提出了一种基于网络编码的协作中继传输方案。该方案中，由于网络编码的引入，产生了额外的协作分集增益，因此，同样在两时隙的条件下，通信可靠性和频谱效率更高。实验结果也表明，该方案提高了传输分集增益、能有效对抗无线信道衰落、进一步提高了信息传输质量、系统传输可靠性和频谱利用率。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明实施例的系统模型，其中示出了所涉及的节点类型；
图3中(a)和(b)是本发明实施例的方法的传输过程图解；
图4是本发明在下行蜂窝网络中的应用示意图；
图5中(a)和(b)是本发明的方法与传统中继方案的性能比较图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图2、3所示，并参考图1的流程图，本实施例所涉及的源节点为S，中继节点为R1和R2，目的节点为A和B。假设S要发送给A的信息为a，要发送给B的信息为b。所提协作中继方案将在两个时隙完成信息从S到A和B的传输，具体包括如下步骤：
S1、S将a和b做两种操作的编码运算，假设为“+”和“-”两种运算，分别得到a+b和a-b两种结果(图3中(a))；
S2、利用两个正交子信道将a+b和a-b分别发送给R1和R2，与此同时，将a和b利用另外两个正交子信道分别发送给A和B(图3中(a))；该步骤中采用正交子信道发送信号可以减少a、b、a+b、a-b这四路信号之间的干扰。
S3、R1和R2在接收到a-b和a+b后分别作去噪处理，而后将结果同时发送给A和B；如此，A将得到在第一个时隙收到的a和第二个时隙收到的a-b和a+b，通过解码会得到a的三个不同的信号样本，之后采用最大比合并方法得到a，同理，B将得到在第一个时隙收到的b和第二个时隙收到的a-b和a+b，通过解码会得到b的三个不同的信号拷贝，之后采用最大比合并方法得到b(图3中(b))。利用最大比合并的方法得到接收信号可以使n个支路的最大比合并的信干噪比达到n个独立支路的信干噪比的总和，从而提高了信息传输质量。
需要说明的是，在上述过程中，我们采用了“+”和“-”来做网络编码运算，实际上采用其他域上的运算做网络编码亦可，只要保证在目的端可解就行。另外在实施例的第S3步，采用了最大比合并方法，实际上根据信道实际条件亦可换成其他合并方法。
为证明本发明方案的先进性，进行了大量的实验，实验考虑了多小区场景下，小区内干扰、小区间干扰、环境噪声、信道的多径衰落和阴影衰落等因素并存条件下的方案的性能问题。下面举例说明：
将上述实施例中所述方案，应用到了CDMA蜂窝网络的下行传输中，子信道采用了正交扩频码来区分，每个小区均匀部署了6个这样的中继，如图4所示，其中发送节点为基站，目的节点为应用用户。同时考虑小区内基站和中继干扰，以及临近6个小区基站和36个中继的小区间干扰的情况下，本发明所述的方案在阴影衰落和多径衰落共同存在的网络环境中，仍然可有效提高中继用户的通信质量和系统性能。由图5的实验结果可以看出，本发明所提网络编码协作中继方案，可有效降低系统的阻塞率并同时提高系统频谱的利用效率。图5的(a)、(b)中，传统中继方案1指的是3GPP LTE-Advanced中定义的Type-II中继方案；传统中继方案2指的是3GPP LTE-Advanced中定义的Type-I中继方案。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种基于网络编码的协作中继传输方法，其特征在于，在该方法中，共有一个源节点、m个中继节点、k个目的节点以及m+k个子信道参与协作中继传输，其中k均为正整数，且该方法包括以下步骤：
S1、源节点将待发送的信息分别进行n种不同的网络编码运算，得到n个不同的编码信号，m=n=2；
S2、源节点利用m个子信道将所述n个不同的编码信号分别发送给m个中继节点，同时利用其余的k子信道将所述待发送的信息分别发送给k个目的节点；
S3、所述m个中继节点将接收到的所述n个不同的编码信号分别进行去噪处理，然后分别转发给k个目的节点，k个目的节点各自在接收到来自源节点和m个中继节点的总共n+1路信号后，各自进行解码运算和信号合并处理，得到各自的接收信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述网络编码运算包括加、减编码运算，相应地，在步骤S3中，所述解码运算包括加、减编码运算的逆运算。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，利用最大比合并的方法进行信号合并处理。
4.如权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述子信道为正交子信道。
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