CN102843217B - 基于网络编码和中继的d2d通信系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于网络编码和中继的D2D通信系统及其实现方法，主要解决了现有技术中存在的通信方式通信半径和通信功率有一定限制，且通信质量不高的问题。该基于网络编码和中继的D2D通信系统，包括信号接收系统和与信号接收系统相对应的信号发送系统，所述信号接收系统包括依次相连的接收方式判断器、时隙判断器、最佳判决器、解调器和信道解码器；所述信号发送系统包括依次相连的网络编码器、发送方式判断器、信道编码器、调制器。通过上述方案，本发明达到了扩大通信半径，提高通信功率和通信质量的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线通信方法，具体地说，是涉及一种基于网络编码和中继的D2D通信系统及其实现方法。
背景技术
D2D（终端到终端）通信作为现有蜂窝网的辅助手段，具有非常好的应用前景，是下一代移动通信技术研究的热门，然而，由于受自身功能及环境影响，其通信半径和功率有一定的限制，且通信质量不够高。随着通信技术的不断发展，人们对通信效果提出了更高的要求，现有的D2D通信方法已经越来越无法满足人们的需求，因此发明创造一种通信半径较广、通信效率和通信质量较高的通信方法为人们所需，也是技术发展的必然趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于网络编码和中继的D2D通信系统及其实现方法，主要解决现有技术中存在的通信半径和通信功率有一定限制，且通信质量不高的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
基于网络编码和中继的D2D通信系统，包括信号接收系统和与信号接收系统相对应的信号发送系统，所述信号接收系统包括依次相连的接收方式判断器、时隙判断器、最佳判决器、解调器和信道解码器；所述信号发送系统包括依次相连的网络编码器、发送方式判断器、信道编码器、调制器。
基于上述硬件系统，在本发明中，我们根据作为中继的蜂窝用户距基站距离的远近提出了以下两种实现方法：
方法一：当作为中继的蜂窝用户距基站的距离小于D2D用户距基站最远距离的1.5倍时，数据接收方法包括以下步骤：
（1）接收方式判断器根据信令判决是采用一般方法进行数据接收还是采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据接收；
（2）若接收方式判断器判决得出采用一般方法进行数据接收则直接进行信号解调和信道解码；若接收方式判断器判决得出采用基于网络编码和中继的D2D方法进行数据接收则将时隙判断器接收到的数据与系统上次发送的数据一起发送至最佳判决器中，之后再进行信号解调和信道解码；
（3）时隙判断器每接收一个数据便将自身值加1，当自身值为2时，自动将其清为1。
数据发送方法包括以下步骤：
（4）发送方式判断器根据信令判决是采用一般方法进行数据发送还是采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据发送；
（5）若发送方式判断器判决得出采用一般方法进行数据发送则直接发送自身数据；若发送方式判断器判决得出采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据发送则将相关用户数据输入网络编码器进行编码后再发送，并进行相应的信号调制和信道编码。此处所述相关用户的数据指事先已接收并保存的数据。
进一步地，接收方式判断器在判决接收方法的同时将所需数据进行存储。
具体地说，所述最佳判决器采用欧式距离最小的判决方法进行判决。
方法二：当作为中继的蜂窝用户距基站的距离大于D2D用户距基站最远距离的1.5倍时，数据接收方法包括以下步骤：
（a）接收方式判断器根据信令判决是采用一般方法进行数据接收还是采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据接收；
（b）若判决得出采用一般方法进行数据接收则直接进行信号解调和信道解码；若判决得出采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据接收，最佳判决器则根据需要对时隙判断器接收到的不同时隙的数据分别进行处理，直至获得最终数据，之后再进行信号解调和信道解码；
（c）时隙判断器每接收一个数据便将自身值加1，当自身值为3时，自动将其清为1。
数据发送方法包括以下步骤：
（d）发送方式判断器根据信令判决是采用一般方法进行数据发送还是采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据发送；
（e）若判决得出采用一般方法进行数据发送则直接发送自身数据；若判决得出采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据发送则将系统上次发送的数据和相关用户的数据输入网络编码器进行编码后再发送，并进行相应的信号调制和信道编码。此处所述相关用户的数据指事先已接收并保存的数据。
进一步地，步骤（a）中，接收方式判断器在判决接收方式的同时将所需数据进行存储。
具体地说，步骤（b）中，所述最佳判决器采用欧式距离最小的判决方法进行判决。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过在普通D2D通信的基础上引入网络编码和中继技术，从而很好地提高了D2D通信的通信范围和通信质量，同时还能有效降低现有蜂窝通信的负担，具有很高的实用价值和推广价值，符合人们需求和技术发展趋势，适合大规模推广应用。
（2）本发明提供了两种不同的网络编码方法供人们选择，人们可以根据作为中继的蜂窝用户离基站的距离远近选择不同的网络编码方式，选择较为灵活，且充分考虑到了实际应用中的具体情况，符合实际需求。
（3）通过使用本发明，有效解决了现有D2D通信的不足，通信功能强大，能够充分满足技术发展的需求，有望成为D2D通信的增强技术，具有突出的实质性特点和显著的进步，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的典型应用场景示意图。
图2为本发明中采用网络编码方式一时接收系统的原理示意图。
图3为本发明中采用网络编码方式一时发送系统的原理示意图。
图4为本发明中采用网络编码方式二时接收系统的原理示意图。
图5为本发明中采用网络编码方式二时发送系统的原理示意图。
图6为本发明中采用动态选择网络编码方式时接收系统的原理示意图。
图7为本发明中采用动态选择网络编码方式时发送系统的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
基于网络编码和中继的D2D通信系统，包括信号接收系统和与信号接收系统相对应的信号发送系统。其中，所述信号接收系统包括依次相连的接收方式判断器、时隙判断器、最佳判决器、解调器和信道解码器。为了提高接收系统的性能，如图2所示，人们可以根据实际情况在时隙判断器与最佳判决器之间连接缓存器；如图4所示，在信道解码器和最佳判决器之间连接缓存器；如图6所示，在时隙判断器和最佳判决器之间连接网络编码方式判断器。所述信号发送系统包括依次相连的网络编码器、发送方式判断器、信道编码器、调制器。为了提高发送系统的性能，人们可以根据实际情况在网络编码器上连接缓存器；将网络编码方式判断器通过缓存器与网络编码器相连。
普通的D2D通信作为现有蜂窝通信的辅助通信手段，其通信半径和功率受到了很大限制，在给定的通信半径的前提下，通过使用本发明提供的方案能够成倍地提高D2D的通信范围，相对于普通蜂窝通信而言，本发明同时可以提高相应用户的通信质量。图1为本发明的典型应用场景图，图中的小圆对应普通D2D通信允许的通信范围，当作为中继的蜂窝用户距基站距离较近时，我们采用网络编码方式一进行通信；当作为中继的蜂窝用户距基站距离较远时，我们采用网络编码方式二进行通信。编码方式的选择可以根据距离的不同和环境信噪比的好坏灵活选择，经验证后，在本发明中，我们以作为中继的蜂窝用户距基站的距离是否大于D2D用户距基站的距离最大者的1.5倍来进行区分。
如图2、图3所示，当作为中继的蜂窝用户距基站的距离小于D2D用户距基站最远距离的1.5倍时，我们采用方式一进行通信。图2中，接收方式1表示普通蜂窝用户及普通D2D通信终端用户与本发明提及的作为中继的蜂窝用户在通信中的接收方式；接收方式2表示本发明中提及的基于网络编码和中继的D2D用户在通信中的接收方式；图3中，发送方式1表示普通蜂窝用户及普通D2D通信终端用户与本发明提及的基于网络编码和中继的D2D用户在通信中的发送方式；发送方式2表示本发明中提及的作为中继的蜂窝用户在通信中的发送方式。在该情况下本发明的具体接收方式如下：
接收方式判断器在收到数据后根据之前的信令来决定采用何种接收方式，若是接收方式1则进行正常的解调和信道解码，接收方式判断器在进行接收方式判断的同时决定保存哪些用户数据；若是接收方式2则把时隙判断器接收的数据和自身上次发送的数据一起送到最佳判决器中，从而得到需要的数据；时隙判断器每接收一个数据就加1，满2清为1。
具体发送方式如下：
发送方式判断器根据发送方式的不同发送不同的数据，若是发送方式1则发送自身的数据；若是发送方式2则对需要编码的用户数据，即接收方式判断器已进行接收保存需要编码的用户数据进行网络编码，之后再发送，并进行信道编码和调制。
实施例2
如图4、图5所示，当作为中继的蜂窝用户距基站的距离大于D2D用户距基站最远距离的1.5倍时，我们采用方式二进行通信。图4中，接收方式3表示普通蜂窝用户及普通D2D通信终端用户与本发明提及的作为中继的蜂窝用户在通信中的接收方式；接收方式4表示本发明中提及的基于网络编码和中继的D2D用户在通信中的接收方式；图5中，发送方式3表示普通蜂窝用户及普通D2D通信与本发明提及的基于网络编码和中继的D2D用户在通信中的发送方式；发送方式4表示本发明中提及的作为中继蜂窝用户在通信中的发送方式。在该情况下本发明的具体接收方式如下：
接收方式判断器在收到数据后首先根据之前的信令来决定采用何种接收方式，若是接收方式3则进行正常的解调和信道解码，接收方式判断器在进行接收方式判断的同时决定应该保存哪些用户数据；若是接收方式4则对时隙判断器接收到的不同时隙的数据进行不同的处理，最终在最佳判决器中得到需要的数据，之后再进行信号解调和信道解码；时隙判断器中每接收一个数据就加1，满3清为1。
具体发送方式如下：
发送方式判断器根据发送方式的不同对自身需要发送的数据进行不同的处理，若是发送方式3则进行正常的信道编码和调制；若是发送方式4则联合用户上次发送的数据和需要编码的用户数据，即接收方式判断器已进行接收保存的需要编码的用户数据进行网络编码，之后进行信道编码和调制。
实施例3
如图6、图7所示，考虑到实际情况，我们还提供了一种动态选择网络编码方式的基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法。
图6中，接收方式5表示普通蜂窝用户及普通D2D通信终端用户与本发明提及的作为中继的蜂窝用户在通信中的接收方式；接收方式6表示本发明中提及的基于网络编码和中继的D2D用户在通信中的接收方式；图7中，发送方式5表示普通蜂窝用户及普通D2D通信终端用户与本发明提及的基于网络编码和中继的蜂窝用户在通信中的发送方式；发送方式6表示本发明中提及的基于网络编码和中继的D2D用户在通信中的发送方式。在该情况下本发明的具体接收方式如下：
如图6所示，接收系统的原理示意图在图4接收系统原理示意图的基础上进行了改进，其工作原理为：网络编码方式判断器根据信令判断当前是何种网络编码方式，之后控制时隙判断器的初始值和最佳判决器的参考信号。如果是网络编码方法一，则置时隙判决器的初始值为2，即时隙判决器满3清为2，每接收一次数据加1，置最佳判决器的参考信号为用户上次自己发送的数据；如果是网络编码方式二，则置时隙判断器的初始值为1，即时隙判决器满3清为1，每接收一次数据加1，置最佳判决器的参考信号为第一时隙解得数据。
如图7所示，发送系统的原理示意图是在图3发送系统原理示意图的基础上进行了改进，其工作原理为：网络编码方式判断器根据信令判断当前是何种网络编码方式，之后判断进入网络编码器的另一个信号是用户上次自身发送的数据还是另一个网络编码相关用户的数据，其中，事先要保存网络编码相关用户的数据，若是网络编码方式一，则置进入网络编码器的另一个信号为另一个网络编码相关用户的数据；若是网络编码方式二，则置进入网络编码器的另一个信号为用户上次自己发送的数据。
在本发明中，接收方式判断器在判决接收方式的同时将所需数据进行存储。
在本发明中，各硬件设备均为现有的，在此不作更多说明，作为优选，所述最佳判决器采用欧式距离最小的判决方法进行判决。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。
Claims (8)
1.基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法，其特征在于，当作为中继的蜂窝用户距基站的距离小于D2D用户距基站最远距离的1.5倍时，数据接收方法包括以下步骤：
（1）接收方式判断器根据信令判决是采用一般方法进行数据接收还是采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据接收；
（2）若接收方式判断器判决得出采用一般方法进行数据接收则直接进行信号解调和信道解码；若接收方式判断器判决得出采用基于网络编码和中继的D2D方法进行数据接收则将时隙判断器接收到的数据与系统上次发送的数据一起发送至最佳判决器中，之后再进行信号解调和信道解码；
（3）时隙判断器每接收一个数据便将自身值加1，当自身值为2时，自动将其清为1；
所述一般接收方法为普通蜂窝用户、普通D2D通信终端用户以及中继的蜂窝用户的直接通信，都不通过中继转发，各用户设备直接接收。
2.根据权利要求1所述的基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法，其特征在于，当作为中继的蜂窝用户距基站的距离小于D2D用户距基站最远距离的1.5倍时，数据发送方法包括以下步骤：
（4）发送方式判断器根据信令判决是采用一般方法进行数据发送还是采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据发送；
（5）若发送方式判断器判决得出采用一般方法进行数据发送则直接发送自身数据；若发送方式判断器判决得出采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据发送则将相关用户数据输入网络编码器进行编码后再发送，并进行相应的信号调制和信道编码。
3.根据权利要求2所述的基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法，其特征在于，步骤（1）中，接收方式判断器在判决接收方法的同时将所需数据进行存储，所述所需数据为经过网络编码后的信源数据。
4.根据权利要求3所述的基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法，其特征在于，步骤（2）中，所述最佳判决器采用欧式距离最小的判决方法进行判决。
5.基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法，其特征在于，当作为中继的蜂窝用户距基站的距离大于D2D用户距基站最远距离的1.5倍时，数据接收方法包括以下步骤：
（a）接收方式判断器根据信令判决是采用一般方法进行数据接收还是采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据接收；
（b）若判决得出采用一般方法进行数据接收则直接进行信号解调和信道解码；若判决得出采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据接收，最佳判决器则根据需要对时隙判断器接收到的不同时隙的数据分别进行处理，直至获得最终数据，之后再进行信号解调和信道解码；
（c）时隙判断器每接收一个数据便将自身值加1，当自身值为3时，自动将其清为1；
所述一般发送方法为普通蜂窝用户、普通D2D通信终端用户以及中继的蜂窝用户的直接通信，都不通过中继转发，各用户设备直接发送。
6.根据权利要求5所述的基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法，其特征在于，当作为中继的蜂窝用户距基站的距离大于D2D用户距基站最远距离的1.5倍时，数据发送方法包括以下步骤：
（d）发送方式判断器根据信令判决是采用一般方法进行数据发送还是采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据发送；
（e）若判决得出采用一般方法进行数据发送则直接发送自身数据；若判决得出采用基于网络编码和中继的D2D通信方法进行数据发送则将系统上次发送的数据和相关用户的数据输入网络编码器进行编码后再发送，并进行相应的信号调制和信道编码。
7.根据权利要求6所述的基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法，其特征在于，步骤（a）中，接收方式判断器在判决接收方式的同时将所需数据进行存储，所述所需数据为经过网络编码后的信源数据。
8.根据权利要求7所述的基于网络编码和中继的D2D通信系统的实现方法，其特征在于，步骤（b）中，所述最佳判决器采用欧式距离最小的判决方法进行判决。
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