CN102957495A - 转发数据码方法、接收数据码方法、协作节点和基站 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于协作网络中的协作节点的转发数据码的方法，包括：在用n个时隙为k个节点发送信息时，将n-k个时隙作为冗余时隙分配给协作节点，其中n大于k；在每个冗余时隙中，协作节点对所接收到的来自至少一个普通节点的至少一个第一数据码进行解调和译码以得到至少一个第二数据码；协作节点将线性分组码作为外码对至少一个第二数据码进行编码，得到第三数据码；以及协作节点将第三数据码进行调制并发送至基站。本发明还提供了一种用于协作网络中的基站的接收数据码的方法、一种协作节点和一种基站。根据本发明的技术方案，充分利用了系统中经常存在的空闲资源，能够降低协作网络中的协作节点的编译码难度，增强基站的纠码能力。

Description

转发数据码方法、接收数据码方法、协作节点和基站

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及转发数据码方法、接收数据码方法、协作节点和基站。

背景技术

级联码是一种强有力的信道编码方式，其将外码和内码结合使用，以进一步提高传输性能，经常被应用于传统的点到点通信。在传统的点到点通信中，级联码的外码和内码都在一个点完成编码。而在多点协作网络中，由于多个点天然分布在不同位置，级联码的外码和内码就不能在一个点完成编码，多个点之间存在着自然差异，包括信道条件的差异(衰落的独立性、链路损耗的差异)、能量约束的差异(某些节点可能是市电供电的，不存在能量约束)等，如何利用这些自然差异也成为研究热点。

对于多点协作网络，人们提出了协作分集技术。协作分集技术即在多用户环境下，每个用户在发送自己信息的同时也为自己的协作伙伴发送信息，可以使系统获得空间分集增益。编码协作是协作分集技术中的一种信号处理方式，编码协作的优点在于能够直接利用现有的信道编码技术，但由于需要进行信道译码，这就增加了协作用户的编译码的复杂度，以及相应的功率开销。此外，通信网络中经常存在空闲资源，信道没有被占满，如何在协作网络中充分利用这些空闲资源，来提高终端的覆盖质量以及减少终端的功率消耗，也是协作网络需解决的问题。

发明内容

基于此，本发明所要解决的问题是提供一种用于协作网络中的协作节点的转发数据码的方法和实现该转发数据码方法的协作节点，以及用于协作网络中的基站的接收数据码的方法和实现该接收数据码方法的基站，能够充分利用系统中的空闲资源，降低协作网络的编译码难度，减少终端的功率消耗。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于协作网络中的协作节点的转发数据码的方法，可以包括以下步骤：在用n个时隙为k个节点发送信息时，将n-k个时隙作为冗余时隙分配给协作节点，其中n大于k；在每个所述冗余时隙中，所述协作节点对所接收到的来自至少一个普通节点的至少一个第一数据码进行解调和译码以得到至少一个第二数据码；所述协作节点将线性分组码作为外码对至少一个所述第二数据码进行编码，得到第三数据码；以及所述协作节点将所述第三数据码进行调制并发送至基站。通过这种方式，就可以充分利用系统中的空闲资源，该空闲资源即n-k个冗余时隙，普通节点的内码编码可以采用任何可以使接收端知道是否译对的编码方式，采用简单的线性分组码作为协作节点的外码编码，从而降低了协作节点的编译码难度，并且通过这种机制，使得普通节点的原有k份发送功率、协作节点的(n-k)份发送功率均用于传送k个数据码，使得数据码的总能量提高，获得能量增益，还可以借此减少各终端的发射功率。

在上述技术方案中，优选地，所述线性分组码可以包括分布式的喷泉码、汉明码和SPC编码中的一种。当冗余时隙只有一个时，此时的外码就是单比特校验码。

在上述技术方案中，优选地，所述线性分组码为汉明码时，所述汉明码的码长为所述n，以及信息位为所述k。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于协作网络中的基站的接收数据码的方法，可以包括以下步骤：基站对接收到的来自n个时隙的接收信号，对所述接收信号进行解调得到解调信号，然后译码得到n个数据码，根据协作节点在编码时采用的外码检测译错的数据码的个数，根据所述译错的数据码的个数和所述外码来进行纠错以得到正确的数据码，所述外码为线性分组码。基站接收来自普通节点和协作节点发送的数据码并对这些数据码进行译码，通过循环冗余校验码可以知道是否译对，检测译错的数据码的个数，根据译错的数据码个数情况来进行纠码。

在上述技术方案中，优选地，当所述译错的数据码的个数小于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程，按照纠删方式对所述译错的数据码进行纠码。

在上述技术方案中，优选地，当所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程和所述调制信号采用的调制方式以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

在上述技术方案中，优选地，在所述调制信号为软信息的情况下，包括：当所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

由于外码是简单的线性分组码，根据外码的校验方程，采用纠删和最大比合并的方式对数据码进行纠码，可以降低基站的译码复杂度。在没有专设的协作节点并且有多个协作节点可用的情况下，基站可以选择合适的协作节点，该协作节点可以有更好的位置、较强的发射功率或较大天线，从而取得链路预算方面的增益。

根据本发明的又一方面，提供了一种协作节点，可以包括：解调译码单元，在基站为所述协作节点分配的每个时隙内，对所接收到的来自至少一个普通节点的至少一个第一数据码进行解调和译码以得到至少一个第二数据码；编码单元，将线性分组码作为外码对至少一个所述第二数据码进行编码，得到第三数据码；以及调制发送单元，将所述第三数据码进行调制并发送至基站。通过这种方式，就可以充分利用系统中的空闲资源，该空闲资源即n-k个时隙，普通节点的内码编码可以采用任何可以使接收端知道是否译对的编码方式，采用简单的线性分组码作为协作节点的外码编码，从而降低了协作节点的编译码难度，并且通过这种机制，使得普通节点的原有k份发送功率、协作节点的(n-k)份发送功率均用于传送k个数据码，使得数据码的总能量提高，获得能量增益，还可以借此减少各终端的发射功率。

在上述技术方案中，优选地，所述线性分组码包括分布式的喷泉码、汉明码和SPC(单比特校验)编码中的一种。当冗余时隙只有一个时，此时的外码就是单比特校验码。

根据本发明的又一方面，提供了一种基站，可以包括：时隙分配单元，用于将n个时隙分配给k个普通节点，以及将n-k个时隙分配给协作节点，其中n大于k；解调译码单元，对接收到的来自n个时隙的接收信号，进行解调得到解调信号，然后译码得到n个数据码；以及纠错单元，根据所述协作节点在编码时采用的外码检测译错的数据码的个数，根据所述译错的数据码的个数和所述外码来进行纠错以得到正确的数据码。基站接收来自普通节点和协作节点发送的数据码并对这些数据码进行译码，通过循环冗余校验码可以知道是否译对，检测译错的数据码的个数，根据译错的数据码个数情况来进行纠码。

在上述技术方案中，优选地，所述纠错单元在所述译错的数据码的个数小于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程，按照纠删方式对所述译错的数据码进行纠码。

在上述技术方案中，优选地，所述纠错单元在所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程和所述调制信号采用的调制方式以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

在上述技术方案中，优选地，所述纠错单元在所述调制信号为软信息的情况下，以及在所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

由于外码是简单的线性分组码，根据外码的校验方程，采用纠删和最大比合并的方式对数据码进行纠码，可以降低基站的译码复杂度。在没有专设的协作节点并且有多个协作节点可用的情况下，基站可以选择合适的协作节点，该协作节点可以有更好的位置、较强的发射功率或较大天线，从而取得链路预算方面的增益。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的协作网络系统的示意图；

图2示出了普通情况下的TDMA系统时隙安排的示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的TDMA系统时隙安排的示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的协作节点的框图；

图5示出了根据本发明的实施例的基站的框图；

图6示出了根据本发明的实施例的协作节点的数据码转发的示意图；

图7示出了根据本发明的实施例的基站解码的示意图；

图8示出了根据本发明的实施例的用于协作网络中的协作节点的转发数据码的方法；

图9示出了根据本发明的实施例的用于协作网络中的基站的接收数据码的方法；

图10示出了根据本发明的实施例的内码编码的示意图；

图11示出了根据本发明的实施例的外码编码的示意图；以及

图12示出了根据本发明的实施例的仿真效果图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的实施例的协作网络系统的示意图。

图1中的S1、S2、S3是普通节点，S4是协作节点(具有协作功能的用户终端)，BS是基站。S1、S2、S3和S4这些邻近的节点构成了一个簇，簇内的这些节点之间足够靠近，使得其信道条件可以支持理想可靠的传输。所有节点与基站(BS)保持时间同步关系。簇内的节点总数可以有N个(N为大于等于2的整数)，不仅限于图1中所示的节点的个数，但是至少有一个节点具有协作功能，其余是普通节点。

协作节点(具有协作功能的用户终端)和普通节点(普通用户终端)的差异在于：协作节点具有监听其他普通节点发送信息的能力，协作节点和基站(BS)之间有用于支持协作式级联码的专用信令信道。协作节点可以是一个功能增强的移动终端(也就是说，协作节点可以是增强信令功能和监听功能的移动终端，而该移动终端的其余特点与普通节点完全相同)，也可以是固定的专用设备，该专用设备具有供电优势和链路预算优势(较好的位置、较大天线或定向天线、较强的发射功率等特点)。

普通节点不需要知道协作节点的存在，也不需要为协作通信做任何配合，其通信方式与传统的非协作系统中一样。所有接收节点(协作节点以及基站)都具有理想信道估计，以支持数据译码。协作节点还可以将自己的信道条件报告给基站。图1中所示的协作网络系统可以是在TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)系统下的协作网络系统，例如GSM(Global System for mobile communication，全球移动通信系统)、WCDMA(Wideband Time Division Multiple Access)或者LTE(Long Time Evolution，长期演进)。

当协作系统在TDMA系统下时，将在一帧中为S1、S2、S3分配3个时隙，如图2所示，S1、S2、S3在各自的时隙内发送各自的信号，如果系统认为有必要且有条件对这三个普通节点提供协助时，可以启动信令过程来要求协作节点S4进行协作编码。此处的条件是指：(1)簇中存在协作节点。这一点要求每个协作节点经常向基站报告它所能监听到的普通节点的集合。(2)TDMA系统有空余的时隙资源可用。这一点要求系统未处于满载状态。

当满足上述条件时，TDMA系统将为协作节点提供额外的时隙。时隙分配的方式可以例如图3所示，在普通节点的时隙后面为协作节点S4分配了相应的时隙(称为协作时隙)，给协作节点S4分配的时隙个数取决于TDMA系统的时隙资源和必要性(如果S1、S2、S3的信号越差，则需要的协作时隙越多)。协作时隙不一定连续分配，唯一要求是处在被协作的时隙之后。

如图10所示，普通节点S1、S2、S3按照原有方式将各自的信息进行正常编码，称为内码编码，内码编码可以是任何一种具有循环冗余校验码，或其他能使接收端知道是否译对的编码方式。普通节点在各自的时隙内将经过内码编码的数据码(称为内码)调制后发送给基站，协作节点S4和基站监听普通节点发送的信号，如图11所示，协作节点S4解调监听到的数据码，然后对解调后的数据码进行译码，并按照外码编码进行编码，得到外码，在实施例中，外码编码采用线性分组码的方式进行编码，协作节点S4将外码编码得到的数据码进行调制并发送至基站BS。线性分组码的编码方式为：利用k位信息位(本实施例中为普通节点S1、S2、S3发送的3位数据码)映射出n位的数据码，n＞k，其中，(n-k)位数据码为校验码。如果校验码为1位，那么说明分配给协作节点的协作时隙为1个，该校验码为k位信息位中某个集合(例如普通节点S1、S2发送的数据码)的数据码的模二加。

基站接收到普通节点S1、S2、S3发送的数据码(外码)，以及协作节点S4发送的数据码(外码)。首先，基站将来自普通节点的内码和来自协作节点的外码分别进行译码。当判断出有译错的数据码时，则检测译错的数据码个数。当检测出译错的数据码个数小于外码的最小码距时，则根据检验码的校验方程，采用纠删方式对未成功译码的数据码进行纠码。

当检测出译错的数据码个数等于外码的最小码距时，根据外码的校验方程和调制信号采用的调制方式以及译错的数据码对应的接收信号，得到译错的数据码对应的接收信号与译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对方程进行最大比合并处理，然后进行译码。例如，外码的校验方程中存在一个方程，其中包含有两个未知数，假设C1、C2两个数据码是未知数据码，没有被正确译码，其对应的BPSK(二相编码信号调制)调制信号是x₁和x₂，基站侧得到对应的接收信号是y₁和y₂。假设校验方程中的包含两个未知数的方程为：

h_j1c₁+h_j2c₂+…+h_jnc_n＝0        (1)

其中h_ji是外码校验矩阵H的第j行第i列元素。由于C1和C2之外的数据码已知，故(1)式可整理为：

c₁+c₂＝b    (2)

根据调制信号x₁和x₂采用的BPSK调制(二相编码信号调制)和(2)式可以得到： $x_1=\mathrm{diag}\left[{(-1)}^b\right]x_2---\left(3\right)$

则两个接收信号可以写成：

$y_1=g_1{x}_1+z_1=g_1\mathrm{diag}\left[{(-1)}^b\right]x_2+z_1$

(4)

y₂＝g₂x₂+z₂

对式(4)进行最大比合并处理，然后译码，可以获得未知数据码C1、C2。

如果y₁和y₂是软信息，则未知数据码C1、C2对应的调制信号为软信息，根据外码的校验方程以及译错的数据码对应的接收信号，得到译错的数据码对应的接收信号与译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

在整体说明了根据本发明的实施例的协作网络系统之后，下面具体说明协作网络系统中的协作节点和基站。

图4示出了根据本发明的实施例的协作节点的框图。

如图4所示，根据本发明的实施例的协作节点400可以包括：解调译码单元402，在基站为协作节点分配的每个时隙内，对所接收到的来自至少一个普通节点的至少一个第一数据码进行解调和译码以得到至少一个第二数据码；编码单元404，将线性分组码作为外码对至少一个第二数据码进行编码，得到第三数据码；以及调制发送单元406，将第三数据码进行调制并发送至基站。通过这种方式，就可以充分利用系统中的空闲资源，该空闲资源即n-k个冗余时隙，普通节点的内码编码可以采用任何可以使接收端知道是否译对的编码方式，采用简单的线性分组码作为协作节点的外码编码，从而降低了协作节点的编码难度，并且通过这种机制，使得普通节点的原有k份发送功率、协作节点的(n-k)份发送功率均用于传送k个数据码，使得数据码的总能量提高，获得能量增益，还可以借此减少各普通节点的发射功率。

在上述技术方案中，优选地，线性分组码可以包括分布式的喷泉码、汉明码和SPC(单比特校验)编码中的一种。当冗余时隙只有一个时，此时的外码就是单比特校验码。

图5示出了根据本发明的实施例的基站的框图。

如图5所示，根据本发明的实施例的基站500可以包括：时隙分配单元506，用于将n个时隙分配给k个普通节点，以及将n-k个时隙分配给协作节点，其中n大于k；解调译码单元502，对接收到的来自n个时隙的接收信号，进行解调得到解调信号，然后译码得到n个数据码；以及纠错单元504，根据协作节点在编码时采用的外码检测译错的数据码的个数，根据译错的数据码的个数和外码来进行纠错以得到正确的数据码。基站接收来自普通节点和协作节点发送的数据码并对这些数据码进行译码，由于协作节点采用简单的线性分组码，所以降低了基站的译码难度，通过循环冗余校验码可以知道是否译对，检测译错的数据码的个数，根据译错的数据码个数情况来进行纠码。

在上述技术方案中，优选地，纠错单元504在译错的数据码的个数小于外码的最小码距时，根据外码的校验方程，按照纠删方式对译错的数据码进行纠码。

在上述技术方案中，优选地，纠错单元504在译错的数据码的个数等于外码的最小码距时，根据外码的校验方程和调制信号采用的调制方式以及译错的数据码对应的接收信号，得到译错的数据码对应的接收信号与译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

在上述技术方案中，优选地，纠错单元504在所述调制信号为软信息的情况下，以及在所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

由于外码是简单的线性分组码，根据外码的校验方程，采用纠删和最大比合并的方式对数据码进行纠码，可以降低基站的译码复杂度以及提高基站纠码能力。在没有专设的协作节点并且有多个协作节点可用的情况下，基站可以选择合适的协作节点，该协作节点可以有更好的位置、较强的发射功率或较大天线，从而取得链路预算方面的增益。

下面结合图6和图7继续说明本发明的又一实施例。

图6示出了根据本发明实施例的协作节点的数据码转发示意图。如图6所示，S1、S2、S3、S4均是普通节点，S5是协作节点，其具有监听其他普通节点发送信息的能力、以及将监听到的信息做进一步处理后发送给基站的能力。基站将一帧数据的传送时间分为多个时隙，首先为各普通节点分配相应的时隙，可以如图2所示的时隙分配，普通节点S4对应的时隙在普通节点S3对应的时隙后面，当为各普通节点分配时隙后还存在冗余时隙时，则基站将冗余时隙分配给协作节点S5，在该实施例中，分配给协作节点S5的时隙有3个，在协作节点S5进行的编码过程称为外码编码，在各普通节点进行的编码过程称为内码编码，内码编码可以采用任意具有循环冗余校验码或可使接收端确定是否译对的编码方式，例如LDPC(低密度奇偶校验码)。普通节点S1、S2、S3、S4在各自的时隙内，将对应的编码器产生的数据码经过对应的调制器的调制后发送给基站100(图6中示出，在普通节点S1中，第一编码器11进行内码编码，然后将内码传送至第一调制器21进行调制后发送给基站，普通节点S2、S3、S4的编码调制过程与S1类似，在此不再赘述)。协作节点S5将通过网络10监听到的分别来自普通节点S1、S2、S3、S4的信息，分别传送给对应的解调器，各解调器分别对各自的信息进行解调并传送给各译码器(图6中所示，普通节点S1的调制信号传送至第一解调器31进行解调之后，传送给第一译码器41进行译码，其他普通节点的解调译码过程类似，在此不再赘述)，各译码器对来自各普通节点的数据码进行译码，假设译码后得到普通节点S1发送的内码为C1，普通节点S2发送的内码为C2，普通节点S3发送的内码为C3，普通节点S4发送的内码为C4，外码编码器6在第1个时隙内将C1、C2、C3进行编码得到数据码C5，并将C5经过第五调制器51调制后发送至基站(图7中示出)，外码编码器6在第2个时隙内将C1、C2、C4进行编码得到数据码C6，并将C6经过对应的第六调制器52调制后发送至基站，外码编码器6在第2个时隙内将C1、C3、C4进行编码得到数据码C7，并将C7经过对应的第七调制器53调制后发送至基站，外码编码器6采用线性分组码作为外码的编码，具体地，在本实施例中，该外码编码器6可以采用汉明码作为外码的编码。内码与外码构成了级联码，多个普通节点与至少一个协作节点在一簇内，但分布于不同的点，因此，内码与外码的编码不在同一个点，可以将没有能量约束、信道条件好的终端选择作为协作节点，充分利用了终端间的这些自然差异，利用TDMA的空闲时隙来进行协作节点的内码编码，并且采用线性分组码这种简单的编码方式作为外码的编码方式，内码的编码可以采用任意接收端可以确定是否译错的编码方式，因此，可以降低协作节点的编译码难度。

如图7所示，基站100通过网络10接收到来自各普通节点的数据码C1、C2、C3、C4的调制信号，以及来自协作节点S5的数据码C5、C6、C7的调制信号，将这些数据码对应的调制信号，经过对应的解调器(例如，U1发送的调制信号经过第六解调器72进行解调后传送至缓存器8，供译码器9进行译码，其他节点发送的调制信号的调制过程类似，在此不再赘述)进行解调后送入缓存器8，并且还将这些数据码对应的调制信号进行软解调后得到的软信息，并将所述软信息存入缓存器8。译码器9对C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7分别进行译码，检测译错的数据码个数，当译错的数据码个数小于外码的最小码距时，采用纠删方式对译错的数据码进行重新译码，当译错的数据码个数等于外码的最小码距时，采用最大比合并方法对译错的数据码进行重新译码。

根据图6所示的例子，外码的校验方程为：

c₁+c₂+c₃+c₅＝0(1)

c₁+c₂+c₄+c₆＝0(2)

c₁+c₃+c₄+c₇＝0(3)

假如上述三个方程中的某个方程中只有一个数据码没有正确译出，则可以直接得知未译出的数据码。

假如U1、U2、U3发送的数据码C1、C2、C3没有译出，则根据校验方程可以求出：

(1)+(2)+(3)：c₁＝c₅+c₆+c₇(4)

(2)+C1：c₂＝c₁+c₄+c₆     (5)

(3)+C1：c₃＝c₁+c₄+c₇     (6)

假如某个校验方程中有两个数据码未译出，则可对校验方程进行最大比合并后再进行译码。对于此处所示的高阶调制的例子，最大比合并需要在比特级进行，此时最大比合并操作＝软信息相加，下面以具体的示例来说明采用最大比合并方式的纠码过程。

例如，假设λ₁...λ₇表示图6中所示的7个时隙发送过来的7个数据码经过软解调后的软信息，如果基站未译出普通节点U1、U2、U3、U4发送的数据码C1、C2、C3、C4，译出了U5发送的数据码C5、C6、C7，那么根据(1)、(2)、(3)式可以得到：

(1)+(3)：c₂+c₄＝c₅+c₇(7)

(2)+(3)：c₂+c₄＝c₆+c₇(8)

然后，用 ${\widetilde{\mathrm{\λ}}}_2={\mathrm{\λ}}_2+\mathrm{diag}\left[{(-1)}^{c_5+c_7}\right]{\mathrm{\λ}}_4+\mathrm{diag}\left[{(-1)}^{c_6+c_7}\right]{\mathrm{\λ}}_3---\left(9\right)$ 进行重新译码，如果正确，则译出了C2，式(9)为经过最大比合并处理后得到的方程。再根据(7)式和(8)式可以得到C3和C4，进而根据(4)可得到C1。如果各个普通节点到基站的信道有完全相同的信噪比，则(9)式意味着3倍(4.77dB)增益。也就是说，如果协作节点到基站的信道质量足够好，(校验数据码)数据码C5、C6、C7能够成功传输，那么如图6所示的例子可以使普通节点U1、U2、U3、U4的发送能量降低为原来的

或者如果保持发送功率不变的话，终端的覆盖距离可以扩大为原来的1.36倍(按照路径耗损指数3.5计算得到)。如果对译码失败，则还可以采用类似的方法构造

或

关于最大比合并，在下面进一步说明如下：

假设x₁、x₂是两个多进制调制的复数符号，其对应的接收信号是：y₁＝h₁x₁+z₁(10)，其中，h₁、h₂是复信道增益，Z₁和Z₂是两个独y₂＝h₂x₂+z₂(11)

立同分布的0均值高斯噪声，方差为δ²。

如果x₁＝x₂，则最大比合并操作是如下操作：

其中，k是任意常数。

考虑更一般的情形，x₁不一定等于x₂，但x₁的第k个比特和x₂的第k个比特有确定的关系：

b_1，k+b_2，k′＝a  a∈{0，1}(13)，其中，a＝0表示这两个比特完全相等，a＝1表示这两个比特正好相反。假设用式(10)得到对b_1，k的软解结果是λ_1，k，用式(11)得到对b_2，k′的软解结果是λ_2，k′，则合并后的软信息是

${\widetilde{\mathrm{\λ}}}_{1,k}={\mathrm{\λ}}_{1,k}+{(-1)}^a{\mathrm{\λ}}_{2,k^{\′}}---\left(14\right).$

式(14)成立的数学原理如下：

设A、B、C是三个随机事件，已知A或

等概率出现，并且给定当A或

出现时，B、C独立，即Pr(B，C|A)＝Pr(B|A)Pr(C|A)，那么

$\mathrm{Pr}\left(A\right|B,C)=\mathrm{Pr}(B,C|A)\frac{\mathrm{Pr}\left(A\right)}{\mathrm{Pr}(B,C)}$

$=\mathrm{Pr}\left(B\right|A)\mathrm{Pr}\left(C\right|A)\frac{\mathrm{Pr}\left(A\right)}{\mathrm{Pr}(B,C)}$

$=\mathrm{Pr}\left(A\right|B)\mathrm{Pr}\left(A\right|C)\frac{2\mathrm{Pr}\left(B\right)\mathrm{Pr}\left(C\right)}{\mathrm{Pr}(B,C)}$

$\mathrm{Pr}\left(\stackrel{\‾}{A}\right|B,C)=\mathrm{Pr}(B,C|\stackrel{\‾}{A})\frac{\mathrm{Pr}\left(\stackrel{\‾}{A}\right)}{\mathrm{Pr}(B,C)}$

$=\mathrm{Pr}\left(B\right|\stackrel{\‾}{A})\mathrm{Pr}\left(C\right|\stackrel{\‾}{A})\frac{\mathrm{Pr}\left(\stackrel{\‾}{A}\right)}{\mathrm{Pr}(B,C)}$

$=\mathrm{Pr}\left(\stackrel{\‾}{A}\right|B)\mathrm{Pr}\left(\stackrel{\‾}{A}\right|C)\frac{2\mathrm{Pr}\left(B\right)\mathrm{Pr}\left(C\right)}{\mathrm{Pr}(B,C)}$

于是， $\ln \frac{\mathrm{Pr}\left(A\right|B,C)}{\mathrm{Pr}\left(\stackrel{\‾}{A}\right|B,C)}=\ln \frac{\mathrm{Pr}\left(A\right|B)}{\mathrm{Pr}\left(\stackrel{\‾}{A}\right|B)}+\ln \frac{\mathrm{Pr}\left(A\right|C)}{\mathrm{Pr}\left(\stackrel{\‾}{A}\right|C)}---\left(15\right)$

这个概率问题对应到上述的软解调的问题，具体对应关系是：

A＝{b₁，k＝0}， $\stackrel{\‾}{A}=\{b_{1,k}=1\},$ B＝y₁，C＝y₂， ${\mathrm{\λ}}_{1,k}=\ln \frac{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=0|y_1)}{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=1|y_1)},$ ${\mathrm{\λ}}_{2,k^{\′}}=\ln \frac{\mathrm{Pr}(b_{2,k^{\′}}=0|y_2)}{\mathrm{Pr}(b_{2,k^{\′}}=1|y_2)},$ ${\widetilde{\mathrm{\λ}}}_{1,k}=\ln \frac{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=0|y_1,y_2)}{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=1|y_1,y_2)}.$ 再注意到，若b_1，k与b_2，k′相同，则 ${\mathrm{\λ}}_{2,k^{\′}}=\ln \frac{\mathrm{Pr}(b_{2,k^{\′}}=0|y_2)}{\mathrm{Pr}(b_{2,k^{\′}}=1|y_2)}=\ln \frac{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=0|y_1)}{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=1|y_1)},$ 若b_1，k与b_2，k′相反，则 ${\mathrm{\λ}}_{2,k^{\′}}=\ln \frac{\mathrm{Pr}(b_{2,k^{\′}}=0|y_2)}{\mathrm{Pr}(b_{2,k^{\′}}=1|y_2)}=\ln \frac{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=1|y_1)}{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=0|y_1)}=-\ln \frac{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=0|y_1)}{\mathrm{Pr}(b_{1,k}=1|y_1)},$ 结合式(15)就可以得到式(14)的结果。

在上述各方程中，涉及数据码的加法默认为模二加的加法，除此之外，“+”表示实数或复数加法。上述示例中，虽然外码是(7，4)汉明码，这不是限制本发明的条件，只要求外码是线性分组码，一种简单的特例是采用单比特奇偶校验，例如(8，7)码，将这种特例进一步简化为(2，1)码，就是一般所说的DF(解码-转发)中继方案。各个终端的信息比特数、编码率、调制方式都是相同的，这也不是限制性要求，如果U1、U2、U3、U4的信息比特数不相同，那么U5在解码之后可对短的编码进行补零，使所有编码长度相同。线性编码在补零后仍然是线性码，所以，基站的工作方式不受影响。

下面结合图8说明根据本发明的一种用于协作网络中的协作节点的转发数据码的方法。

如图8所示，根据本发明的实施例的用于协作网络中的协作节点的转发数据码的方法，可以包括以下步骤：步骤802，在用n个时隙为k个节点发送信息时，将n-k个时隙作为冗余时隙分配给协作节点，其中n大于k；步骤804，在每个冗余时隙中，协作节点对所接收到的来自至少一个普通节点的至少一个第一数据码进行解调和译码以得到至少一个第二数据码；步骤806，协作节点将线性分组码作为外码对至少一个第二数据码进行编码，得到第三数据码；以及步骤808，协作节点将第三数据码进行调制并发送至基站。通过这种方式，就可以充分利用系统中的空闲资源，该空闲资源即n-k个冗余时隙，普通节点的内码编码(如图10所示，是内码编码的示意图)可以采用任何可以使接收端知道是否译对的编码方式，采用简单的线性分组码作为协作节点的外码编码(如图11所示，是外码编码的示意图)，从而降低了协作节点的编译码难度，并且通过这种机制，使得普通节点的原有k份发送功率、协作节点的(n-k)份发送功率均用于传送k个数据码，使得数据码的总能量提高，获得能量增益，还可以借此减少普通节点的发射功率。

在上述技术方案中，优选地，线性分组码可以包括分布式的喷泉码、汉明码和SPC(单比特校验)编码中的一种。当冗余时隙只有一个时，此时的外码就是单比特校验码。

在上述技术方案中，优选地，线性分组码为汉明码时，汉明码的码长为n，以及信息位为k。

下面结合图9说明根据本发明的一种用于协作网络中的基站的接收数据码的方法。

如图9所示，根据本发明的实施例的用于协作网络中的基站的接收数据码的方法，可以包括以下步骤：步骤902，基站对接收到的来自n个时隙的接收信号，对接收信号进行解调得到解调信号，然后译码得到n个数据码，根据协作节点在编码时采用的外码检测译错的数据码的个数，根据译错的数据码的个数和外码来进行纠错以得到正确的数据码。基站接收来自普通节点和协作节点发送的数据码并对这些数据码进行译码，通过循环冗余校验码可以知道是否译对，检测译错的数据码的个数，根据译错的数据码个数情况来进行纠码。

在上述技术方案中，优选地，当译错的数据码的个数小于外码的最小码距时，根据外码的校验方程，按照纠删方式对译错的数据码进行纠码。

在上述技术方案中，优选地，当译错的数据码个数等于外码的最小码距时，根据外码的校验方程和调制信号采用的调制方式以及译错的数据码对应的接收信号，得到译错的数据码对应的接收信号与译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

在上述技术方案中，优选地，在调制信号为软信息的情况下，包括：当译错的数据码的个数等于外码的最小码距时，根据外码的校验方程以及译错的数据码对应的接收信号，得到译错的数据码对应的接收信号与译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

由于外码是简单的线性分组码，根据外码的校验方程，采用纠删和最大比合并的方式对数据码进行纠码，可以降低基站的编译码复杂度。在没有专设的协作节点并且有多个协作节点可用的情况下，基站可以选择合适的协作节点，该协作节点可以有更好的位置、较强的发射功率或较大天线，从而取得链路预算方面的增益。根据上述各实施例中所描述的数据码转发机制，将系统的冗余时隙分配给协作节点，通过协作节点可以使数据码的总能量提高，因此，可以降低普通节点的发射功率，减小普通节点的功率消耗。

图12示出了采用本发明公开的技术方案所实现的协同编码性能的仿真效果图。采用的仿真条件是：内码为(1152，576)LDPC(低密度奇偶校验码)，外码为(7，4)汉明码。基站将4个时隙分别分配给4个普通节点节点，该4个普通节点节点在各自的时隙内发送各自的信息，将位于上述4个时隙后面的3个时隙均分配给1个协作节点，该协作节点在每个时隙内发送1个校验数据码，一共发送3个校验数据码。该7个节点到基站的信道是独立同分布的瑞利衰落。从图中可知，当在协作网络中采用根据本发明的协作节点时，信息传输时的误帧率和信噪比均比单个节点发送信息时的误帧率和信噪比低，提高了信息的传输质量。

因此，采用本发明的技术方案进行数据码的转发和接收可以达到以下优点：

(1)利用信道资源中的冗余时隙，将冗余时隙分配给协作节点，由协作节点执行外码编码，而普通节点执行内码编码，实现分布式级联码。

(2)外码编码采用简单的线性分组码(最简单情形可以是但单比特校验码)，基站的纠码采用纠删方式和最大比合并方式，无论是编码还是译码，都是低复杂度的。

(3)对于普通节点，无需改变原有空中接口，只需要部分终端(固定的，或者移动的)具备协作能力。实际上，只要基站支持，根据本发明的技术方案可以直接用于GSM现网。

(4)如果线性分组码的p个校验数据码分别由p个协作节点传输，理论上最大可以获得p重分集度，因此，分布式编码可以获得分集增益。

(5)普通节点的原有k份功率、协作节点的p份发送功率都用于传送k个数据码，因此可以获得能量增益，使数据码的总能量提高，并且可以故意借助这个机制来降低各普通节点的发射功率。例如，对于专设的固定协作节点，普通节点的发送功率只需保证信息达到协作节点即可，不用到达基站。

(6)基站可以选择合适的协作节点，对于专设协作节点的情形，可以有更好的位置，从而取得链路预算方面的增益。对于有多个协作节点可用的情形，基站还可以按多用户调度资源分配算法选择最好的协作节点。

本发明的技术方案需要系统有空闲时隙，一般网络不会在100％时间内都是满的，即信道全占满，以至于所有新呼叫都被拒的情形不是网络的常态。如果网络信道数量吃紧，可以减少分配给协作节点的冗余时隙，或者关闭协作节点的协作功能，或者如果协作节点链路预算充裕的话，也可以只用一个时隙采用高阶调制发送协作节点的p个外码的校验数据码。当网络信道占满时，那些原本不能得到服务的节点本来也是得不到服务的。所以，本发明的技术方案并不是用信道资源换取覆盖质量，而是充分利用系统中经常存在的空闲资源来改善覆盖质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于协作网络中的协作节点的转发数据码的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在用n个时隙为k个节点发送信息时，将n-k个时隙作为冗余时隙分配给协作节点，其中n大于k；

在每个所述冗余时隙中，所述协作节点对所接收到的来自至少一个普通节点的至少一个第一数据码进行解调和译码以得到至少一个第二数据码；

所述协作节点将线性分组码作为外码对至少一个所述第二数据码进行编码，得到第三数据码；以及

所述协作节点将所述第三数据码进行调制并发送至基站。

2.根据权利要求1所述的转发数据码的方法，其特征在于，所述线性分组码包括分布式的喷泉码、汉明码和SPC编码中的一种。

3.根据权利要求2所述的转发数据码的方法，其特征在于，所述线性分组码为汉明码时，所述汉明码的码长为所述n，以及信息位为所述k。

4.一种用于协作网络中的基站的接收数据码的方法，其特征在于，包括以下步骤：

基站接收到来自n个时隙的调制信号，得到接收信号，对所述接收信号进行解调并译码，得到n个数据码，根据协作节点在编码时采用的外码检测译错的数据码的个数，根据所述译错的数据码的个数和所述外码来进行纠错以得到正确的数据码，所述外码为线性分组码。

5.根据权利要求4所述的接收数据码的方法，其特征在于，当所述译错的数据码的个数小于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程，按照纠删方式对所述译错的数据码进行纠码。

6.根据权利要求4所述的接收数据码的方法，其特征在于，当所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程和所述调制信号采用的调制方式以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

7.根据权利要求4所述的接收数据码的方法，其特征在于，在所述调制信号为软信息的情况下，包括：

当所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

8.一种协作节点，其特征在于，包括：

解调译码单元，在基站为所述协作节点分配的每个时隙内，对所接收到的来自至少一个普通节点的至少一个第一数据码进行解调和译码以得到至少一个第二数据码；

编码单元，将线性分组码作为外码对至少一个所述第二数据码进行编码，得到第三数据码；以及

调制发送单元，将所述第三数据码进行调制并发送至基站。

9.根据权利要求8所述的协作节点，其特征在于，所述线性分组码包括分布式的喷泉码、汉明码和SPC编码中的一种。

10.一种基站，其特征在于，包括：

时隙分配单元，用于将n个时隙分配给k个普通节点，以及将n-k个时隙分配给协作节点，其中n大于k；

解调译码单元，对接收到的来自n个时隙的接收信号，进行解调得到解调信号，然后译码得到n个数据码；以及

纠错单元，根据所述协作节点在编码时采用的外码检测译错的数据码的个数，根据所述译错的数据码的个数和所述外码来进行纠错以得到正确的数据码，所述外码为线性分组码。

11.根据权利要求10所述的基站，其特征在于，所述纠错单元在所述译错的数据码的个数小于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程，按照纠删方式对所述译错的数据码进行纠码。

12.根据权利要求10所述的基站，其特征在于，所述纠错单元在所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程和所述调制信号采用的调制方式以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

13.根据权利要求10所述的基站，其特征在于，所述纠错单元在所述调制信号为软信息的情况下，以及在所述译错的数据码的个数等于所述外码的最小码距时，根据所述外码的校验方程以及所述译错的数据码对应的接收信号，得到所述译错的数据码对应的接收信号与所述译错的数据码对应的调制信号之间的方程，对所述方程进行最大比合并处理，然后进行译码。

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