CN103338091A - 一种基于分布式非二进制ldpc码的协作传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法，属于无线通信领域，源节点独立地向目的节点和中继节点广播数据，中继节点将正确接收的源节点数据进行分布式非二进制LDPC编码后转发，目的节点将来自源节点和中继节点的信号进行合并，构成非二进制LDPC码的码字，并进行软输入软输出的迭代译码，恢复出源节点数据。本发明提出的协作传输方法，源节点和中继节点的编码和传输以分布式的形式实现，处理复杂度低；采用非二进制LDPC码作为编码方案，通过迭代译码同时获得分集增益和编码增益，可以有效对抗噪声和衰落。

Description

一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法

技术领域

本发明涉及属于无线通信领域，特别涉及一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法。

背景技术

随着无线网络的发展，不断增加的用户数量和业务需求对无线网络提出了更高的要求。然而，无线信道具有衰落特性，无线电波随通信距离的增加不断衰减，造成大尺度衰落，受建筑物、树木等物体的遮蔽造成中尺度的阴影衰落，受网络节点的移动以及电波的多径传播等因素的影响，造成小尺度衰落，制约了无线网络的性能；进一步，无线频谱资源日趋紧张，绿色通信的趋势日益显著，如何利用有限的频谱资源和功率资源，提高网络容量、业务速率、用户覆盖，成为未来无线网络面临的重要问题。

协作通信为解决这一问题提供了一种有效方法。在无线协作网络中，空闲节点作为中继节点参与协作，共享其硬件资源和运算资源，使传输信号经历不同的空间信道，利用空间自由度获得分集增益，对抗衰落、提升网络吞吐量、提高服务质量、扩大网络覆盖。

协作通信源于中继通信，并扩展了中继的作用。在协作通信系统中，中继节点接收源节点的信号后，以一定方式将接收信号进行处理和转发，目的节点将经过直接传输和中继转发的信号进行合并，恢复出源信息。放大转发（AF）和译码转发（DF）是两种典型的中继协议。其中，AF协议即非再生中继协议，中继节点将接收信号进行放大并转发至下一个节点；DF协议是一种再生中继协议，中继节点接收到信号后，进行解调、译码，恢复出源信息，再重新进行编码调制，并转发至下一节点。两种中继协议都可以提高系统的性能，但都存在一定程度的缺陷。AF协议将接收信号中的噪声进行了放大，并且对放大器的要求较高；DF协议若未对源信息进行正确恢复，则造成错误传播现象。

编码协作（CC）是一种将信道编码与协作分集相结合的中继协议。在编码协作中，中继节点通过重新编码与转发，产生不同的冗余信息并使其经历不同的衰落，获得空间分集增益与编码分集增益。由于具有较好的性能，并且信道编码领域的研究较为成熟，有大量的研究成果可以利用，编码协作已成为目前协作通信研究的重要内容。

目前的编码协作协议通常基于二进制信道编码，例如率匹配删余卷积码、Turbo码、乘积码、低密度奇偶校验（LDPC）码。其中，LDPC码是一种接近香农极限的线性分组码，可以实现线性、并行的编码以及低复杂度的迭代译码。将LDPC码与协作通信相结合，可以获得较大的编码增益，提升系统的传输可靠性。

非二进制低密度奇偶校验（NB-LDPC）码是二进制LDPC码在有限域上的扩展。在相同的码长和码率下，非二进制LDPC码具有更强的纠错能力，并且适合与高阶调制及多天线技术相结合。随着非二进制LDPC编码相关研究日趋成熟，可将其应用于编码协作系统中，进一步提高编码协作系统的性能，满足无线网络不断发展的需求。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存下以下缺点和不足：

尽管非二进制LDPC码已可实现线性时间的编码，但相比二进制LDPC码，非二进制LDPC码仍具有相对较高的编码复杂度。若在直接传输的源节点或者参与协作传输的源节点及中继节点中采用非二进制LDPC编码对数据进行编码，则增加了源节点和中继节点的复杂度，并且源节点和中继节点通常为用户终端，具有较为有限的运算处理能力和功率资源。因此基于非二进制LDPC编码的协作传输方法需要克服编码造成的复杂度问题。

基于以上考虑，本发明针对由两个源节点、两个中继节点和一个目的节点构成的无线网络，设计了一种基于分布式非二进制LDPC编码的协作传输方法。在本发明中，源节点仅需发送原始数据信息，不需要进行编码；位于不同位置的中继节点采用循环冗余校验（CRC）检验接收数据，将正确接收的源信息进行分布式非二进制LDPC编码，并将生成的校验信息转发至目的节点；目的节点将源节点和中继节点的信号进行合并，构成纠错性能优越的非二进制LDPC码的码字，并进行软输入软输出的迭代译码，同时获得编码增益与分集增益。本发明提出的分布式非二进制LDPC码的协作传输方法具有优越的性能，并克服了非二进制LDPC码应用于协作通信中的复杂度问题。

发明内容

本发明提供了一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法，本方法针对两个独立的源节点在两个中继的协助下向共同的目的节点传输数据的场景，利用分布式编码和传输的特点以及非二进制LDPC码的优越纠错性能，实现具有低复杂度、高传输可靠性的无线协作通信，详见下文描述：

步骤1：在信源广播阶段，每个源节点S_i,i＝1,2将其待传输的数据进行分组，并将分组数据广播至中继节点R＝{R₁,R₂}和目的节点D；

其中，该步骤具体为：

1）每个源节点S_i将其待传输的数据分为长度为L的信息序列

在信息序列

后添加循环冗余校验位，构成数据帧；

2）每个源节点S_i对数据帧进行调制后，经相互正交的无线信道广播至中继节点R＝{R₁,R₂}和目的节点D，其中正交信道可以利用时分多址、频分多址或码分多址方式实现。

步骤2：目的节点D接收并恢复两个源节点S₁和S₂的数据，若两个源节点的数据均接收正确，则本次传输成功，流程结束；否则，目的节点D发送中继状态查询帧，要求查询中继节点R＝{R₁,R₂}的接收状态，并执行步骤3；

其中，该步骤具体为：

1）目的节点D接收两个源节点S₁和S₂的信号，解调并判决得到长度均为L比特的接收信息序列

和

2）目的节点D对接收信息序列和依次进行CRC校验，若校验均正确，则源节点S＝{S₁,S₂}的数据传输成功，本次传输过程结束；否则目的节点D向中继节点R＝{R₁,R₂}广播中继状态查询帧。

步骤3：每个中继节点R_j,j＝1,2接收并恢复两个源节点S₁和S₂的数据，并在接收到目的节点D的状态查询要求后，向目的节点D发送中继状态帧；

其中，该步骤具体为：

1）中继节点R_j接收两个源节点S₁和S₂的信号，解调并判决得到长度均为L比特的接收数据序列

和

2）中继节点R_j对接收信息序列

和

依次进行CRC校验，若校验均正确，则该节点为有效中继节点，令中继接收状态信息

否则，该节点为无效中继节点，令中继接收状态信息

3）中继节点R_j收到目的节点D发送的状态查询帧后，构成包含中继接收状态信息

的中继状态帧并发送至目的节点D，作为对查询要求的回复。对于无效中继节点，在发送中继状态帧后将在本次传输过程中保持静默。

步骤4：目的节点D接收中继状态帧，确定有效中继节点个数，若有效中继节点个数为0，则本次传输失败，流程结束；否则目的节点D向有效中继节点广播编码控制帧，执行步骤5；

其中，该步骤具体为：

1）目的节点D接收各中继节点R_j,j＝1,2的中继状态帧，根据中继接收状态信息

和

确定有效中继节点个数

2）若有效中继节点个数n_a＝0，则本次传输失败，流程结束；若n_a＝1则确定有效中继的编码方式为C₁；若n_a＝2则确定有效中继的编码方式为C₂，即n_a＝1与n_a＝2时，分别采用两种不同的编码方式，目的节点确定编码方式；

3）目的节点D构成包含编码方式

的编码控制帧，并将其广播至各有效中继节点，进入中继转发阶段。

步骤5：每个中继节点R_j,j＝1,2接收到目的节点D广播的编码控制帧后，对从两个源节点S₁和S₂接收的数据进行非二进制LDPC编码，并将编码生成的校验信息转发至目的节点D；

其中，该步骤具体为：

1）中继节点R_j接收目的节点D广播的编码控制帧，得到编码方式

2）中继节点R_j将长度均为L比特的接收数据序列

和

分别进行比特到非二进制符号的转换，得到高阶伽罗华域GF(2^q)上的长度均为K=L/q的两个信息符号序列

和其中q为符号进制数；

3）中继节点R_j按编码方式

进行高阶伽罗华域GF(2^q)上的LDPC编码，生成校验符号序列p_j，具体生成方式如下：

·若编码方式为C₂，则本次协作传输存在两个有效中继节点，每个有效中继节点R_j将信息符号序列

通过下式生成符号长度为K的校验符号序列p_j；

$p_j^T=A^{-1}\underset{i\∈\left\{\mathrm{1,2}\right\}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\π}}_{i,j}{\hat{m}}_{S_i,R_j}^T$

式中，矩阵求和运算及乘法运算均在高阶伽罗华域GF(2^q)上进行，矩阵π_i,j为K阶置换矩阵；K阶方阵A表示为

其中，α_k,β_k,1≤k≤K为GF(2^q)上的非零元素，其它元素为零元素。

·若编码方式为C₁，则本次协作传输仅存在一个有效中继节点R_j，该有效中继节点R_j将信息符号序列

通过下式生成符号长度为2K的校验符号序列p_j；

$p_j^T=H_r^{-1}(H_l\·{\hat{m}}_{R_j}^T)$

式中，矩阵乘法运算在高阶伽罗华域GF(2^q)上进行，矩阵H_l和H_r均为2K阶方阵，H_l和H_r构成了分布式非二进制LDPC码的校验矩阵H，表示为

4）每个有效中继节点R_j将编码生成的校验符号序列p_j构成编码数据帧并进行调制，将调制信号经相互正交的无线信道发送至目的节点D。

步骤6：目的节点D首先将信源广播阶段从两个源节点接收的信号进行软解调，得到信息符号序列

和

并将其串接构成

然后，将中继转发阶段从有效中继接收的信号进行软解调，并构成校验符号序列p；最后，将信息符号序列和校验符号序列构成高阶伽罗华域GF(2^q)上的符号长度为N=4K的非二进制LDPC码字c=[m,p]，并进行迭代译码，恢复出源信息。

其中，对于两个有效中继的情况，目的节点D得到两个校验序列p₁和p₂，将其串接构成校验符号序列p＝[p₁,p₂]；对于一个有效中继的情况，目的节点D得到一个校验序列p_j即为校验符号序列p。

其中，迭代译码的过程具体为：

1）目的节点将信源广播阶段和中继转发阶段接收的源节点信号和中继节点信号进行软解调，根据解调信息计算得到每个GF(2^q)上的符号的先验概率信息，并用先验概率对译码器进行初始化，将迭代计数清零；

2）目的节点D采用软输入软输出的译码算法对码字进行一次译码，译码结果为

3）目的节点D根据校验方程，对译码后的码字进行校验。根据校验结果进行如下处理：

·若满足校验方程

则译码成功，本次传输成功并结束；

勭若不满足校验方程

判断此时迭代计数是否达到预设的最大值，如果小于最大迭代次数则将迭代计数加1，并转至步骤2）；反之，则译码失败，本次传输失败并结束。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本方法具有较低的复杂度，便于实现；传输可靠性高，可有效对抗噪声和衰落。具体而言，一方面，源节点无需进行编码，非二进制LDPC码的编码和传输过程由处于不同位置的中继节点以分布式的形式实现，因此整体复杂度低，易于硬件实现；另一方面，本发明采用具有卓越纠错性能的非二进制LDPC码，将信道编码与协作通信有效结合，并采用软输入软输出的迭代译码方法，同时获得分集增益和编码增益，因此具有较高的传输可靠性，可以有效对抗噪声和衰落。

附图说明

图1是基于分布式非二进制LDPC码的协作传输原理图。

图2是数据帧和控制帧的通用帧结构。

图3是源节点的发送处理过程。

图4是中继节点或目的节点得到接收数据序列的过程。

图5是目的节点接收到信源数据后的处理流程。

图6是中继节点接收到信源数据后的处理流程。

图7是目的节点对有效中继节点的编码控制流程。

图8是分布式非二进制LDPC码的校验矩阵结构。

图9是有效中继节点的分布式编码和转发过程。

图10是目的节点接收信源数据和编码数据后的迭代译码过程。

图11是基于分布式非二进制LDPC码的协作传输的误比特率性能曲线。

具体实施方式

本发明的目的在于，针对由两个源节点、两个中继节点和一个目的节点构成的无线网络，提出一种基于分布式非二进制LDPC编码的协作传输方法，以提高无线传输的可靠性。

在本发明中，一次完整的协作传输过程包括信源广播和中继转发两个阶段。在信源广播阶段，每个源节点独立地向目的节点和中继节点广播数据；在中继转发阶段，中继节点将正确接收的源节点数据进行分布式非二进制LDPC编码后转发，目的节点对接收的源节点和中继节点数据进行合并后迭代译码，恢复出源节点数据。该发明中的一次协作传输过程依次按照下面的步骤进行实施。

第一，在信源广播阶段，每个信源节点S_i,i＝1,2首先将待传输数据分为长度为L的信息序列并添加循环冗余校验位构成数据帧。然后，每个源节点S_i对数据帧调制后经相互正交信道广播至中继节点R＝{R₁,R₂}和目的节点D。

第二，目的节点D首先接收两个源节点S₁和S₂的信号，得到接收信息序列和

然后，对

和依次进行CRC校验，若校验均正确，则源节点S＝{S₁,S₂}的数据传输成功，本次传输过程结束；否则目的节点D向中继节点R＝{R₁,R₂}广播中继状态查询帧。

第三，每个中继节点R_j接收两个源节点S₁和S₂的信号，得到数据序列

和

然后，对序列

和

依次进行CRC校验，若校验均正确，则该节点为有效中继节点，令中继接收状态信息

否则，该节点为无效中继节点，令

最后，中继节点R_j接收到状态查询帧后，将包含中继接收状态信息的中继状态帧发送至目的节点D。对于无效中继节点，则发送中继状态帧后在本次传输过程中保持静默。

第四，目的节点D接收各中继节点R_j,j＝1,2的中继状态帧，确定有效中继节点个数

进一步，根据有效中继数量确定编码方式

并将包含编码方式

的编码控制帧广播至各有效中继节点，进入中继转发阶段。若n_a＝0，则本次传输失败，流程结束。

第五，每个中继节点R_j,j＝1,2接收编码控制帧，得到编码方式

进一步，每个有效中继节点R_j按编码方式

对从两个源节点S₁和S₂接收的数据进行高阶伽罗华域GF(2^q)上的LDPC编码，生成校验符号序列p_j，并发送至目的节点D。

第六，目的节点D将信源广播阶段和中继转发阶段接收到的信号进行处理，构成高阶伽罗华域GF(2^q)上的符号长度为N=4K的非二进制LDPC码字c=[m,p]，并进行软输入软输出的迭代译码，恢复出两个源节点的数据信息。发明中的一次传输过程结束。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明提出的基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法的原理如图1表示。图中的协作传输网络包括两个源节点S＝{S₁,S₂}、两个中继节点R＝{R₁,R₂}和目的节点D，源节点在中继节点的协助下向共同的目的节点D传输数据。在本发明中，一次协作传输过程包括两个阶段，信源广播阶段和中继转发阶段。

在信源广播阶段，两个源节点S＝{S₁,S₂}分别将各自的数据分组经相互正交的无线信道广播至中继节点R＝{R₁,R₂}和目的节点D，图1中实线101～106表示信源广播阶段的数据传输。目的节点D接收到两个源节点S＝{S₁,S₂}的数据后对其分别进行CRC校验。若校验正确，则信源数据传输成功，本次传输过程结束；否则，目的节点D向中继节点广播中继状态查询帧，要求查询中继的接收状态。

中继节点R＝{R₁,R₂}接收到状态查询帧后，对接收的两个源节点S＝{S₁,S₂}的数据进行CRC校验，若两个源节点的数据均校验正确，则该中继节点R_j发送包含接收状态信息

的中继状态帧至目的节点；否则，发送包含接收状态信息

的中继状态帧，并在本次传输过程结束之前保持静默。目的节点D根据两个中继节点R＝{R₁,R₂}发送的中继状态帧，确定有效中继个数，若不存在有效中继，则本次传输失败并结束；反之，则确定编码方式，广播编码控制帧至中继节点R＝{R₁,R₂}，开始进入中继转发阶段。

在中继转发阶段，有效中继节点根据编码控制帧规定的编码方式，对信源数据进行分布式非二进制LDPC编码，并将编码产生的校验符号序列转发至目的节点，图1中虚线107～108表示中继转发阶段的数据传输。目的节点将信源广播阶段102、105及中继转发阶段107～108的信源数据m和编码数据p进行合并，构成一个非二进制LDPC码，并采用软输入软输出的迭代译码方法恢复两个源节点的数据。

图2表示本发明提出的协作传输方法的数据帧和控制帧的通用帧结构，包括物理层前导201、物理层报头202、帧类型203、源地址204、目的地址205和信息字段206。其中，物理层前导201用于接收机进行帧同步和信道估计；物理层报头202用于定义物理层传输协议相关参数；帧类型203可分为数据帧和控制帧，其中数据帧包括信源数据帧和编码数据帧，控制帧包括中继状态查询帧、中继接收状态帧和编码控制帧；源地址204为发送节点地址；目的地址205为接收节点地址；信息字段206为数据信息或控制信息，可以是信源数据

编码数据p_j、中继状态查询标志、中继接收状态标志

或编码信息

图3表示信源广播阶段每个源节点S_i的发送处理过程。首先，源节点S_i将待传输的数据分为长度为L比特的数据分组301，经过步骤302生成并添加CRC校验位，构成数据单元303。然后，执行步骤304添加帧类型、源地址、目的地址等字段，构成数据链路层数据单元305，并执行步骤306添加物理层前导和物理层报头，构成物理层数据帧307。最后，执行步骤308将数据进行调制并广播至中继节点和目的节点。

图4表示中继节点R＝{R₁,R₂}或目的节点D接收源节点信号，得到接收数据序列的过程。首先，节点执行步骤401对接收信号进行解调、判决，得到物理层数据单元402。然后，节点从物理层数据单元402中取出数据单元403。最后，节点由数据单元403得到信源数据分组404和CRC校验位405。

图5表示信源广播阶段目的节点D接收到信源数据后的处理流程。该过程从501开始，目的节点D在步骤502对接收的S₁和S₂数据分组

和

分别进行CRC校验，在步骤503和504判断CRC校验是否正确。若接收数据分组和

的校验结果均正确，则传输成功505，本次传输过程结束508；否则，目的节点D在步骤506发送一个中继状态查询帧，并等待中继节点的回复507。

图6表示信源广播阶段中继节点R_j接收到信源数据后的处理流程。中继节点R_j从601开始，接收到中继状态查询帧602后，在步骤603对接收的S₁和S₂数据分组

和

分别进行CRC校验。在步骤604和605判断CRC校验是否正确。若校验结果均正确，则该节点为有效中继节点，在步骤606发送包含状态信息

的中继状态帧，并在步骤607等待接收编码控制帧，本次处理流程结束610；否则，在步骤608发送包含状态信息

的中继状态帧，并在本次传输过程结束之前保持静默609，本次处理流程结束610。

图7表示目的节点D对有效中继节点的编码控制流程。该过程从701开始，首先，在步骤702接收中继节点R₁和R₂发送的中继状态帧，在步骤703根据中继状态帧中的状态信息，确定有效中继节点个数

然后在步骤703进行判断，若n_a＝0，则本次传输失败并结束；若n_a＝1则确定有效中继的编码方式为C₁；若n_a＝2则确定有效中继的编码方式为C₂。最后，目的节点D在步骤705中将包含编码方式的编码控制帧发送至有效中继节点，本次编码控制过程结束706，进入中继转发阶段。

图8表示分布式非二进制LDPC码的校验矩阵H。图中所示校验矩阵H＝[H_l,H_r]的左半部分矩阵H_l801包含4个K阶置换矩阵π_1,1,π_2,1,π_1,2和π_2,2；右半部分矩阵H_r802包含两个K阶零矩阵以及两个K阶方阵A。803为校验矩阵H的具体结构，该矩阵的行重为4，列重为2，即每行包含4个1，每列包含2个1。本发明中，基于该校验矩阵构造的非二进制LDPC码具有较好的性能，便于实现中继节点的分布式编码，降低复杂度。

图9表示在编码转发阶段，有效中继节点R_j的分布式编码和转发过程。首先，有效中继节点R_j在步骤903和904分别将接收自S₁和S₂的数据分组和

由比特转化为非二进制符号，得到GF(2^q)上的长度均为K=L/q的符号序列

和

并执行步骤907，将符号序列

和

串接为长度是2K的

然后，有效中继节点R_j将符号序列

在步骤909根据目的节点广播的编码控制帧中的编码方式进行分布式非二进制LDPC编码，生成校验符号序列p_j910。最后，有效中继节点R_j经步骤911构成编码数据帧912，并经过调制发送913至目的节点D。

图10表示目的节点D接收信源广播阶段和中继转发阶段的数据后的迭代译码过程。具体步骤如下：

1)目的节点D从1001开始，在步骤1002将信源广播阶段和中继转发接收的源节点和中继节点信号进行软解调，根据解调软信息计算每个GF(2^q)上的符号的先验概率信息，构成符号长度为N=4K的非二进制LDPC码字c=[m,p]；

2)目的节点D在步骤1003用先验概率信息初始化译码器，并将迭代计数清零；

3)步骤1004计算并更新校验节点信息；

4)步骤1005计算并更新变量节点信息；

5)步骤1006计算每个GF(2^q)上的符号的后验信息并进行判决得到结果

在步骤1007判断是否满足校验方程

进行如下处理：

a)若满足校验方程，则本次译码成功，在步骤1008输出译码符号序列，经步骤1009将

符号序列转换为比特序列，恢复出两个源节点的数据，本次传输成功并结束；

b)若不满足校验方程，则判断是否达到最大迭代次数。若尚未达到最大迭代次数，则在

步骤1012将迭代计数加1，并转至步骤1004；否则，译码失败，经步骤1009将译码

符号序列转换为比特序列，本次传输结束。

下面结合本实施例，对本发明提出的基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法的具体工作方式做如下说明。

在信源广播阶段，每个源节点S＝{S₁,S₂}将待发送数据分为长度为L＝24比特的信息序列

对应于GF(2⁶)上的长度为K=4的符号序列构成信源数据帧并采用二进制相移键控调制后经正交信道广播至目的节点D和中继节点R＝{R₁,R₂}。

在目的节点D对源节点广播的数据校验错误的情况下，向中继节点R＝{R₁,R₂}广播状态查询帧，中继节点R₁和R₂接收到目的节点D的状态查询要求后，经正交信道将中继接收状态信息发送至目的节点。若中继节点R₁和R₂均正确接收源节点广播的数据，则目的节点D确定R₁和R₂均为有效中继，向其广播包含编码方式C₂的编码控制帧；若其中一个中继节点R_j正确接收源节点广播的数据，而另一个未能正确接收，则目的节点D确定R_j为有效中继，向其发送包含编码方式C₁的编码控制帧。

对于两个有效中继的情况，中继节点R₁和R₂接收到编码控制帧后，按照编码方式C₂进行GF(2⁶)上的LDPC编码。具体而言，置换矩阵π_1,1,π_2,1,π_1,2和π_2,2选用随机置换矩阵，有效中继节点R₁和R₂将接收的信源数据

和

编码产生长度均为K=4的校验符号序列p₁和p₂。对于只有R_j为有效中继的情况，中继节R_j接收到编码控制帧后，按照编码方式C₁进行GF(2⁶)上的LDPC编码，产生长度为2K=8的校验符号序列p_j。

目的节点将接收的信源节点直接传输和有效中继节点协作转发的数据构成符号长度为N=4K=16的GF(2⁶)上LDPC码c=[m,p]，其码长为4K·q=96比特，码率为1/2。采用软输入软输出的迭代译码算法进行译码，恢复信源数据。

下面通过对上述实施例以及作为与本发明对比的直接传输方法进行仿真，验证本发明提出的基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法的优越性能。对于直接传输方法，每个源节点独立将其待发送的数据采用相同的非二进制LDPC码进行编码，并将编码后的数据发送至目的节点；目的节点接收每个源节点的信号以后，分别进行迭代译码，得到各源节点的数据。仿真中设置所有节点之间的信道为独立同分布的准静态瑞利衰落信道。

图11给出了本发明的协作传输方法和直接传输的误比特率（BER）性能仿真结果。相比直接传输方法，本发明提出的基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法可以显著提高BER性能。在BER等于10^-5时，包含两个有效中继节点的协作传输方法可以获得约26dB的性能增益，显著提高了功率利用率。对于仅有一个有效中继节点的情况，本发明提出的协作方法相比直接传输，在BER等于10^-5时仍可获得约22dB的性能增益。

此外，本发明的协作传输方法还具有较低的复杂度。具体而言，直接传输方法中的源节点需要进行完整的非二进制编码，复杂度较高；而本发明所提出的基于分布式非二进制编码的协作方法，信源节点不需要编码，并且非二进制编码过程由两个中继节点以分布式的形式实现，因此源节点和中继节点的复杂度较低。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法，其特征在于，所述方法包括：

在信源广播阶段，每个源节点S_i,i＝1,2将其待传输的数据进行分组，并将分组数据广播至中继节点R＝{R₁,R₂}和目的节点D；

目的节点D接收并恢复两个源节点S₁和S₂的数据，若两个源节点的数据均接收正确，则本次传输成功，流程结束；否则，目的节点D发送中继状态查询帧，要求查询中继节点R＝{R₁,R₂}的接收状态；

每个中继节点R_j,j＝1,2接收并恢复两个源节点S₁和S₂的数据，并在接收到目的节点D的状态查询要求后，向目的节点D发送中继状态帧；

目的节点D接收中继状态帧，确定有效中继节点个数，若有效中继节点个数为0，则本次传输失败，流程结束；否则目的节点D向有效中继节点广播编码控制帧；

每个中继节点R_j,j＝1,2接收到目的节点D广播的编码控制帧后，对从两个源节点S₁和S₂接收的数据进行非二进制LDPC编码，并将编码生成的校验信息转发至目的节点D；

目的节点D首先将信源广播阶段从两个源节点接收的信号进行软解调，得到信息符号序列

和

并将其串接构成

然后，将中继转发阶段从有效中继接收的信号进行软解调，并构成校验符号序列p；最后，将信息符号序列和校验符号序列构成高阶伽罗华域上的符号长度为N=4K的非二进制LDPC码字c=[m,p]，并进行迭代译码，恢复出源信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法，其特征在于，所述每个中继节点R_j,j＝1,2接收并恢复两个源节点S₁和S₂的数据，并在接收到目的节点D的状态查询要求后，向目的节点D发送中继状态帧的过程具体为：

1）中继节点R_j接收两个源节点S₁和S₂的信号，解调并判决得到长度均为L比特的接收数据序列

和

2）中继节点R_j对接收信息序列

和

依次进行CRC校验，若校验均正确，则该节点为有效中继节点，令中继接收状态信息

否则，该节点为无效中继节点，令中继接收状态信息

3）中继节点R_j收到目的节点发送的状态查询帧后，构成包含中继接收状态信息

的中继状态帧并发送至目的节点D，作为对查询要求的回复；对于无效中继节点，在发送中继状态帧后将在本次传输过程中保持静默。

3.根据权利要求1所述的一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法，其特征在于，目的节点D接收各中继节点状态信息

j＝1,2后的具体过程为：

1）目的节点D接收各中继节点R_j,j＝1,2的中继状态帧，根据中继接收状态信息

和

确定有效中继节点个数

2）若有效中继节点个数n_a＝0，则本次传输失败，流程结束；若n_a＝1则确定有效中继的编码方式为C₁；若n_a＝2则确定有效中继的编码方式为C₂，即n_a＝1与n_a＝2时，分别采用两种不同的编码方式，目的节点确定编码方式；

3）目的节点D构成包含编码方式

的编码控制帧，并将其广播至各有效中继节点，进入中继转发阶段。

4.根据权利要求1所述的一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法，其特征在于，所述每个中继节点R_j,j＝1,2接收到目的节点D广播的编码控制帧后，对从两个源节点S₁和S₂接收的数据进行非二进制LDPC编码，并将编码生成的校验信息转发至目的节点D的过程具体为：

1）中继节点R_j接收目的节点D广播的编码控制帧，得到编码方式

2）中继节点R_j将长度均为L比特的接收数据序列

和

分别进行比特到符号的转换，得到高阶伽罗华域上的长度均为K=L/q的两个信息符号序列和

其中q为符号进制数；

3）中继节点R_j按编码方式

进行高阶伽罗华域上的LDPC编码，生成校验符号序列p_j；

4）每个有效中继节点R_j将编码生成的校验符号序列p_j构成编码数据帧并进行调制，将调制信号经相互正交的无线信道发送至目的节点D。

5.根据权利要求1所述的一种基于分布式非二进制LDPC码的协作传输方法，其特征在于，所述生成校验符号序列p_j的过程具体为：

存在两个有效中继节点时，每个有效中继节点R_j将信息符号序列

通过下式生成符号长度为K的校验符号序列p_j；

$p_j^T=A^{-1}\underset{i\∈\left\{\mathrm{1,2}\right\}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\π}}_{i,j}{\hat{m}}_{S_i,R_j}^T$

矩阵π_i,j为K阶置换矩阵；K阶方阵A表示为

其中，α_k,β_k,1≤k≤K为GF(2^q)上的非零元素，其它元素为零元素；

存在一个有效中继节点R_j时，有效中继节点R_j将信息符号序列

通过下式生成符号长度为2K的校验符号序列p_j；

$p_j^T=H_r^{-1}(H_l\·{\hat{m}}_{R_j}^T)$

矩阵H_l和H_r均为2K阶方阵，H_l和H_r构成了分布式非二进制LDPC码的校验矩阵H，表示为

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