CN102244561A - 用于多址接入中继网络的中继传输方法 - Google Patents
用于多址接入中继网络的中继传输方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于多址接入中继网络的中继传输方法,主要解决现有技术的中继节点转发效率低和目的节点译码复杂度高的问题。其实现步骤包括:N个源节点向中继节点和目的节点广播各自的发送信号;中继节点先对接收到的信号进行Turbo译码,再判断译出的估计信息序列是否正确,对正确的估计信息序列进行Turbo编码和网络编码调制,最后从网络编码调制序列中选择相应数据构成转发序列并在一个时隙内完成转发;目的节点分别对错误译码集合和正确译码集合对应的信号进行译码。本发明实现了中继节点转发效率和目的节点译码性能之间的有效折中,且具有译码复杂度低的优点,可用于无线多址接入中继网络。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域,涉及信道编码和网络编码,具体地说是一种用于多址接入中继网络的中继传输方法,可用于无线多址接入中继网络。
背景技术
利用中继节点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。
现有的无线多址接入中继网络如图1所示。它由N(N≥3)个源节点、一个中继节点和一个目的节点构成。它的N个源节点在一个中继节点的帮助下利用正交频分多址方式与目的节点进行通信时,通常需要N+1个时隙完成通信,即N个源节点占用一个时隙,利用正交频分多址的方式向中继节点和目的节点广播数据,中继节点占用N个时隙,分别帮助N个源节点转发数据至目的节点。随着源节点个数的增加,整个网络的传输吞吐量会相应降低,这是引入中继传输技术带来的主要瓶颈之一。
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,是提高无线多址接入中继信道传输效率的有效方法之一。
为了在提高中继转发效率的同时改善目的节点的误比特性能,有学者提出了在中继节点处进行联合信道-网络编码的方法。目前,信道编码和网络编码的联合设计方案主要包括两种类型:一种是嵌套编码,另一种是混合编码。
嵌套编码的基本原理是中继节点对译码得到的两个源节点的数据分别进行编码,并将编码得到的数据进行异或运算后发送出去,这等价于利用多个独立子码构成一个超码,一般称为嵌套码。混合编码是实现联合信道编码和网络编码的另一种方式,基本原理是中继节点对译码得到的两个源节点的数据进行交替编码转发。
上述两种方法,都要求针对由两个源节点、一个中继节点和一个目的节点构成的多址接入中继网络,且中继节点转发编码得到的整个序列,对于网络中源节点个数多于两个的情形,目前还没有系统的研究结果。因此,如何利用信道编码和网络编码,设计一种中继转发方法,同时帮助多个源节点转发数据,实现中继转发效率和目的节点译码性能的有效折中,是目前需要解决的一个问题。
现有的联合信道-网络编码的译码方法都是对接收信号进行联合译码,译码复杂度比较高,且不能进行并行译码,因此如何设计一种简单的译码方法也是目前需要解决的一个问题。
发明内容:
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷,提出一种用于多址接入中继网络的中继传输方法,以在一个时隙内同时帮助多个源节点转发数据,实现中继转发效率和目的节点译码性能的有效折中,并且译码复杂度低。
为实现上述目的,本发明的技术方案包括如下步骤:
(1)源节点广播发送信号:
在时隙t内,N个源节点使用相同的Turbo编码方法分别对自己的原始数据进行Turbo编码,得到各自的编码序列,然后对各自的编码序列进行BPSK调制,得到各自的调制序列,最后通过正交频分多址方式向中继节点R和目的节点D广播各自的调制序列,其中N≥3,t为大于等于1的奇数;
(2)中继节点进行联合Turbo-网络编码调制转发:
(2.1)中继节点R对N个源节点发来的信号分别进行Turbo译码,得到N个源节点各自的估计信息序列;
(2.2)中继节点R通过CRC校验判断N个源节点的估计信息序列是否正确,得到M个正确的估计信息序列和N-M个错误的估计信息序列,并将正确估计信息序列的下标值组成正确译码集合A,将错误估计信息序列的下标值组成错误译码集合其中0≤M≤N;
(3)目的节点译码:
(3.2)目的节点D根据中继节点R发来的信号对正确译码集合A对应的M个源节点发来的信号Λ,进行修正,得到这M个源节点的修正信号,并分别对这M个源节点的修正信号进行Turbo译码,得到M个源节点原始数据的估计值。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1)对于由N(N≥3)个源节点、一个中继节点和一个目的节点构成的无线多址接入中继网络,现有的中继传输方法中,中继节点需占用N个时隙帮助N个源节点转发数据,随着源节点个数的增加,中继节点转发效率越来越低,本发明采用的联合Turbo-网络编码调制转发方式,中继节点只帮助在中继处能正确译码的源节点转发数据,且在一个时隙内完成数据的转发,提高了中继节点转发效率,实现了中继节点转发效率和目的节点译码性能的有效折中。
2)现有的联合信道-网络编码的译码方法都是对接收信号进行联合译码,译码复杂度比较高,且不能进行并行译码,本发明提出的译码方法先对接收信号进行修正,再对修正后得到的信号进行译码,译码复杂度低,且可以实现并行译码。
附图说明
图1是现有的无线多址接入中继网络模型;
图2是本发明的流程图;
图3是本发明中继节点选取转发数据的示意图。
具体实施方式
参照图2,本发明用于多址接入中继网络的中继传输方法,包括如下步骤:
步骤1,源节点广播发送信号。
在时隙t内,源节点S1,S2,Λ,SN首先使用相同的Turbo编码方法分别对自己的原始数据Λ,进行Turbo编码,得到各自的编码序列Λ,然后对各自的编码序列进行BPSK调制,得到各自的调制序列Λ, 最后通过正交频分多址方式,向中继节点R和目的节点D广播各自的调制序列,中继节点R接收到源节点Si的信号为目的节点D接收到源节点Si的信号为其中,i=1,2,Λ,N,N表示源节点的个数,且N≥3,t为大于等于1的奇数,nR,i代表源节点Si与中继节点R之间的信道加性高斯白噪声,nD,i代表源节点Si与目的节点D之间的信道加性高斯白噪声;
其中,Turbo编码方法可从现有方法中任选一种,参见:Shu Lin,DanielJ.Costello,Jr.,“差错控制编码”,机械工业出版社,2007;正交频分多址方式参见:汪裕民,“OFDM关键技术与应用”,北京:机械工业出版社,2007。
步骤2,中继节点进行联合Turbo-网络编码调制转发。
其中,Turbo译码方法可从现有方法中任选一种,参见:Shu Lin,DanielJ.Costello,Jr.,“差错控制编码”,机械工业出版社,2007;
判断完成后,得到M个正确估计信息序列的下标值f1,f2,Λ,fM和N-M个错误估计信息序列的下标值k1,k2,Λ,kN-M,分别组成正确译码集合A={f1,f2,Λ,fM}和错误译码集合
其中,i=1,2,Λ,N,N表示源节点个数,t表示时隙,且t为大于等于1的奇数,0≤M≤N,
(2.3)中继节点R分别对M个正确的估计信息序列Λ,进行Turbo编码,得到M个长度为L的估计信息编码序列,分别为Λ,其中,中继节点使用的Turbo编码方法与N个源节点使用的Turbo编码方法相同,t为大于等于1的奇数;
当M为偶数时,
当M为奇数时,
其中,为估计信息编码序列经过网络编码BPSK调制后得到的第j个网络编码调制序列,为大于等于M/2的最小整数,为t-2时隙源节点SM的估计信息编码序列,t表示时隙,为大于等于1的奇数,且当t=1时,中的元素全为1/2;
(2.5)中继节点R按照图3将网络编码调制序列中的第位数据取出,并将其作为转发序列的第位数据,如图3中的白格所示,其余数据不进行转发,如图3中的灰格所示,总共取出L个数据,所以转发序列的长度为L,其中 为大于等于M/2的最小整数,L的取值与网络编码调制序列的长度相等,t表示时隙,且t为大于等于1的奇数;
(2.6)中继节点R在第t+1时隙内将转发序列发送至目的节点D,目的节点D接收到信号其中,nDR代表中继节点R与目的节点D之间的信道加性高斯白噪声,t表示时隙,且t为大于等于1的奇数。
步骤3,目的节点译码。
(3.1)目的节点D对错误译码集合对应的N-M个源节点发来的信号Λ,分别进行Turbo译码,得到N-M个源节点Λ,原始数据的估计值Λ,其中N-M为错误译码集合中的元素个数,N为源节点的个数,M为正确译码集合A中的元素个数;
其中,Turbo译码方法可从现有方法中任选一种,参见:Shu Lin,DanielJ.Costello,Jr.,“差错控制编码”,机械工业出版社,2007。
其中,为中继节点R发来信号中的第l位元素,为大于等于M/2的最小整数,M为正确译码集合A中的元素个数,l=1,2,ΛL,L的取值与网络编码调制序列的长度相同,mod表示对取模,t表示时隙,且t为大于等于1的奇数;
当M为奇数时,对于若设定的向量的第l位元素则将源节点发来信号的第l位元素和源节点发来信号的第l位元素分别修正为 和 若设定的向量的第l位元素则将和分别记为 和 对于若设定的向量的第l位元素则将源节点发来信号的第l位元素修正为 若设定的向量的第l位元素则将记为
其中,为源节点在时隙t-2内发来信号的第l位元素,t表示时隙,为大于等于1的奇数,且当t=1时,为全零序列,l=1,2,ΛL,L为设定的向量的长度,也为源节点发来信号的长度,为大于等于M/2的最小整数;
最后,所有构成源节点的修正信号且为修正信号的第l位元素,其中l=1,2,ΛL,L为设定的向量的长度,也为源节点发来信号的长度,m=1,2,Λ,M,M为正确译码集合A中的元素个数,t表示时隙,且t为大于等于1的奇数;
(3.2b)目的节点D分别对源节点Λ,的修正信号Λ,进行Turbo译码,得到源节点Λ,原始数据的估计值Λ,其中,Turbo译码方法可从现有方法中任选一种,参见:Shu Lin,Daniel J.Costello,Jr.,“差错控制编码”,机械工业出版社,2007。
实施例1:
设无线多址接入中继网络中源节点个数N=4,且所有的源节点和中继节点采用相同的Turbo编码器,Turbo编码器的参数参考3GPP TS 36.212,编码序列的长度为L=1200,设在中继节点处译码得到的4个源节点的估计信息序列中有2个源节点S1和S3的估计信息序列是正确的,采用本发明的中继传输方法,具体实现步骤如下:
第1步,源节点广播发送信号。
在时隙t内,源节点S1,S2,S3,S4先分别对自己的原始数据进行Turbo编码,得到各自的编码序列然后对各自的编码序列进行BPSK调制,得到各自的调制序列 最后通过正交频分多址方式,向中继节点R和目的节点D广播各自的调制序列,中继节点R接收到源节点Si的信号为目的节点D接收到源节点Si的信号为其中,i=1,2,3,4,t为大于等于1的奇数,nR,i代表源节点Si与中继节点R之间的信道加性高斯白噪声,nD,i代表源节点Si与目的节点D之间的信道加性高斯白噪声;
第2步,中继节点进行联合Turbo-网络编码调制转发。
因为假设只有源节点S1和S3的估计信息序列和是正确的,所以判断完成后,得到M=2个正确估计信息序列和N-M=2个错误估计信息序列并有f1=1,f2=3,k1=2,k2=4,由f1,f2组成正确译码集合A={1,3},由k1,k2组成错误译码集合
第3步,目的节点译码
(3.2)目的节点D对正确译码集合A对应的M=2个源节点S1,S3发来的信号进行译码:
其次,根据设定的向量对正确译码集合A对应的2个源节点S1,S3发来的信号进行如下修正:由于向量的第l位元素因此将源节点S1发来信号的第l位元素和源节点S3发来信号的第l位元素分别修正为 和 其中l=1,2,Λ,1200;
实施例2:
设无线多址接入中继网络中源节点个数N=4,且所有的源节点和中继节点采用相同的Turbo编码器,Turbo编码器的参数参考3GPP TS36.212,编码序列的长度为L=1200,设在中继节点处译码得到的4个源节点的估计信息序列中有3个源节点S1,S2和S3的估计信息序列是正确的,采用本发明的中继传输方法,具体实现步骤如下:
第1步,源节点广播发送信号
在时隙t内,源节点S1,S2,S3,S4分别对自己的原始数据进行Turbo编码,得到各自的编码序列然后对各自的编码序列进行BPSK调制,得到各自的调制序列 最后通过正交频分多址方式,向中继节点R和目的节点D广播各自的调制序列,中继节点R接收到源节点Si的信号为目的节点D接收到源节点Si的信号为其中,i=1,2,3,4,t为大于等于1的奇数,nR,i代表源节点Si与中继节点R之间的信道加性高斯白噪声,nD,i代表源节点Si与目的节点D之间的信道加性高斯白噪声;
第2步,中继节点进行联合Turbo-网络编码调制转发
(2.2)中继节点R通过CRC校验判断4个源节点的估计信息序列是否正确,
因为假设源节点S1,S2和S3的估计信息序列和是正确的,所以判断完成后,得到M=3个正确估计信息序列和N-M=1个错误估计信息序列并有f1=1,f2=2,f3=3和k1=4,由f1,f2,f3组成正确译码集合A={1,2,3},由k1组成错误译码集合
(2.4)中继节点R对3个长度为1200的估计信息编码序列进行网络编码BPSK调制,得到个长度为1200的网络编码调制序列 其中为在t-2时隙源节点S3的估计信息编码序列,t为大于等于1的奇数,且当t=1时,设中的元素全为1/2:
(2.5)中继节点R将网络编码调制序列中的第2n+j位数据取出,并将其作为转发序列中的第2n+j位数据,即将的1,3,5,Λ,1197,1199等奇数位作为转发序列的1,3,5,Λ,1197,1199等奇数位,将的2,4,6,Λ,1198,1200等偶数位作为转发序列的2,4,6,Λ,1198,1200等偶数位,转发序列的长度为1200,其中n=0,1,Λ,599,j=1,2;
第3步,目的节点译码
其次,根据设定的向量对正确译码集合A对应的M=3个源节点发来的信号进行如下修正:因为向量奇数位上的元素所以将源节点S1发来信号的奇数位元素和源节点S2发来信号的奇数位元素分别修正为 和 因为向量偶数位上的元素所以将信号的偶数位元素和信号的偶数位元素分别记为和因为向量偶数位上的元素所以将源节点S3发来信号的偶数位元素修正为向量奇数位上的元素所以将记为其中p=1,3,5,Λ,1197,1199,q=2,4,6,Λ,1198,1200,为源节点S3在时隙t-2内发来信号的第q位元素,t表示时隙,且t为大于等于1的奇数,且当t=1时,为全零序列;
Claims (5)
1.一种用于多址接入中继网络的中继传输方法,包括如下步骤:
(1)源节点广播发送信号:
在时隙t内,N个源节点使用相同的Turbo编码方法分别对自己的原始数据进行Turbo编码,得到各自的编码序列,然后对各自的编码序列进行BPSK调制,得到各自的调制序列,最后通过正交频分多址方式向中继节点R和目的节点D广播各自的调制序列,其中N≥3,t为大于等于1的奇数;
(2)中继节点进行联合Turbo-网络编码调制转发:
(2.1)中继节点R对N个源节点发来的信号分别进行Turbo译码,得到N个源节点各自的估计信息序列;
(2.2)中继节点R通过CRC校验判断N个源节点的估计信息序列是否正确,得到M个正确的估计信息序列和N-M个错误的估计信息序列,并将正确估计信息序列的下标值组成正确译码集合A,将错误估计信息序列的下标值组成错误译码集合其中0≤M≤N;
(3)目的节点译码:
其中,为中继节点R发来信号中的第l位元素,为大于等于M/2的最小整数,M为正确译码集合A中的元素个数,l=1,2,ΛL,L的取值与网络编码调制序列的长度相同,mod表示对取模,t表示时隙,且t为大于等于1的奇数;
当M为奇数时,对于若设定的向量的第l位元素则将源节点发来信号的第l位元素和源节点发来信号的第l位元素分别修正为 和 若设定的向量的第l位元素则将和分别记为和对于若设定的向量的第l位元素则将源节点发来信号的第l位元素修正为 若设定的向量的第l位元素则将记为
其中,为源节点在时隙t-2内发来信号的第l位元素,t表示时隙,为大于等于1的奇数,且当t=1时,为全零序列,l=1,2,ΛL,L为设定的向量的长度,也为源节点发来信号的长度,为大于等于M/2的最小整数;
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