CN106385306B - 一种基于率兼容卷积ldpc码的编码协作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于率兼容卷积LDPC码的编码协作方法，属于编解码技术领域。本发明包括编码步骤：源用户对源信息进行编码；信道编码步骤：源用户对编码后的信息进行信道编码，将码字C构造成两部分分码字C₁和分码字C₂；编码协作步骤：源用户将分码字C₁广播给协作用户和基站，协作用户对分码字C₁译码，根据译码结果进行编码协作传输，然后将协作后的信息发送给基站；基站译码步骤：基站判断协作传输模式，对接收到的信息处理后进行信道译码。本发明采用卷积LDPC码的率兼容算法构造分码字，并以此为基础进行编码协作，在慢衰落和快衰落场景下均能显著提升系统性能，能够普适对抗信道中的快衰落和慢衰落，应用场景广泛。

Description

一种基于率兼容卷积LDPC码的编码协作方法

技术领域

本发明涉及一种编解码技术，尤其涉及一种基于率兼容卷积LDPC码的编码协作方法。

背景技术

5G通信技术为实现密集分布式条件下的超高速传输，要求通信系统传输速度更快，系统容量更大。现有的MIMO(Multiple-input multiple-output，多输入多输出)技术利用分集对抗无线通信中的衰落，然而由于移动终端对体积、质量和功耗的限制，多天线系统的应用受到很大制约。考虑到单天线移动终端的密集分布，移动终端之间可以通过相互协作，共享彼此的天线，构成虚拟的MIMO系统传输信息。协作方式主要有放大转发，译码转发及编码协作，放大转发和译码转发在协作用户处仅对信息简单处理后重新发送，而编码协作通过源用户与协作用户发送码字的不同部分，在不增加发送功率和带宽的前提下同时获得分集增益和编码增益。编码协作的性能优于前两种协作方式，对于5G通信系统有较好的应用前景。

具体到编码协作部分，应尽可能采用可逼近香农限的编码技术。卷积LDPC码(LowDensity Parity Check Code，即低密度奇偶校验码)在1999年由Zigangirov提出，结合了卷积码和LDPC分组码的优点，是能够逼近香农限的纠错码，在高斯信道和瑞利衰落信道中均有较好的纠错性能。相比目前广泛采用的LDPC码和Turbo码，卷积LDPC码的优点有：第一，对码字长度没有要求，可实现任意码长信息的连续传输；第二，校验矩阵具有周期性，码字结构更规则，易于硬件实现；第三，具有优良的误码性能，相同码长时其误码性能优于LDPC码。卷积LDPC码的这一系列优势使其非常适用于5G通信。

虽然多年来众多科研工作者对卷积LDPC码及编码协作分别进行了深入研究，但是基于卷积LDPC码的编码协作研究基本空白。传统的编码协作通过源用户和协作用户在不同信道中分别传输码字的不同部分获得分集增益，在慢衰落场景下每个用户上行信道衰落系数不变，源用户借助协作用户的信道传输信息能够获得增益，然而在快衰落场景下，每个用户上行信道的衰落系数在每个符号间均相互独立，此时借助协作用户的信道传输信息不会有额外性能提升，应用场景较为局限。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种基于率兼容卷积LDPC码的编码协作方法。

本发明包括如下步骤：

A：编码步骤：源用户对源信息进行编码；

B：信道编码步骤：源用户对编码后的信息进行信道编码，信道编码后码字为C，将码字C构造成两部分，分别为分码字C₁和分码字C₂；

C：编码协作步骤：分为广播阶段和协作阶段，其中，广播阶段，源用户将分码字C₁广播发送给协作用户和基站；协作阶段，协作用户针对分码字C₁译码，并根据译码结果进行编码协作传输，然后将协作后的信息发送给基站；

D：基站译码步骤：基站判断协作传输模式，对两个阶段接收到的信息处理后进行信道译码。

本发明作进一步改进，在步骤A中，所述源用户采用循环冗余校验码对源信息进行编码，在步骤D中，基站根据校验标志位判断协作传输模式。

本发明作进一步改进，在步骤B中，采用逼近香农限传输的时不变卷积LDPC码进行信道编码，根据时不变卷积LDPC码的多项式特征矩阵得到校验矩阵H^T，根据校验矩阵对信息序列进行线性信道编码，信道编码后的码字C满足C·H^T＝0。

本发明作进一步改进，所述时不变卷积LDPC码通过凿孔实现码率兼容，根据率兼容凿孔算法构造出能够经不同路径传输的信道编码分码字。

本发明作进一步改进，所述时不变卷积LDPC码的校验矩阵具有周期性，所述凿孔采用周期凿孔，根据多项式矩阵H^T(D)，码率为R＝b/c,周期为P，凿孔数目l，则凿孔模式为：

其中，a_x,y∈{0,1}，x＝0,1,……,P-1，y＝0,1，……，c-1,凿孔模式a中1代表凿孔位，0代表传输位，如果在前一阶段凿孔模式为a，有k<l个非零项，则其中是模式a时，通过增加l-k个凿孔项得到的模式a_i的集合，如果没有选择任何模式，则产生的种凿孔模式。

本发明作进一步改进，所述率兼容凿孔算法包括如下步骤：

(1)初始化：设置P，l，最小环长g，最大环长N，迭代次数N_c，初始化A_j＝Ф(j＝1,2,3,4)；

(2)计算模式时，∞-SR节点数目，m-SR节点数目长为g≤ω≤N的环涉及的完全凿孔陷阱集的总数和长为g≤ω≤N的环涉及的变量节点的总数并存储；

(3)确保删量节点的可恢复性，选择∞-SR节点最少的模式A₁←A₁∪a_i，选择使凿孔节点最易恢复的凿孔模式，以为基础，如果优于A₁\a_i的其他模式，则A₂←A₂∪a_i；

(4)最大限度减少完全凿孔循环捕获集的数目，计算如果则A₁←A₁∪a_i，否则A₃←A₃∪a_i，如果A₃＝0，返回执行步骤(1)和步骤(2)，否则则返回执行步骤(3)；

(5)最大限度减少短环涉及的变量节点的数目。计算如果A₄←A₄∪a_i；如果|A₄|＝1，选择此凿孔模式，如果|A₄|>1，随机选择凿孔模式作为A₄。

本发明作进一步改进，在步骤C中，协作用户根据编码方法对接收到的源用户的信息译码，如果译码错误，则发送自己的第二部分分码字C₂到基站，如果译码正确，则对译码结果再次信道编码，构造源用户的分码字C₂，与自己的第二部分分码字C₂一起发送到基站。

本发明作进一步改进，假设用户的数量为两个，分别为用户1和用户2，两个用户均作为源用户和协作用户进行编码协作，那么针对协作阶段的信息发送，协作用户对接收到的源用户的信息译码，根据译码结果，具体有以下四种情况：a.两个用户均正确译码，则进行全协作，两个用户第二部分传输自己和协作用户的分码字C₂，采用Alamouti空时编码对数据处理后发送；

b.用户2对用户1的数据译码正确，而用户1对用户2的数据译码错误，则进入半协作状态，用户1全功率发送自己分码字C2，用户2传输自己的分码字C₂和协作用户的分码字C₂；

c.用户1对用户2的数据译码正确，而用户2对用户1的数据译码错误，则进入半协作状态，用户2全功率发送自己分码字C2，用户1传输自己的分码字C₂和协作用户的分码字C₂；

d.两个用户均译码错误，则用户均全功率发送自己的第二部分分码字C₂。

本发明作进一步改进，在步骤a中，全协作时，用户间信道和用户到基站的上行信道均为衰落信道且相互独立，记用户i第二部分传输自己的分码字为c_i，传输协作伙伴的分码字为c_j′(i≠j),用户1以功率β₁·E_s发送c₁,以功率(1-β₁)·E_s发送c₂′,用户2以功率β₂·E_s发送c₁′,以功率(1-β₂)·E_s发送c₂,其中，0<β₁≤1，记发送功率E_s＝1，首先对c₁和c₁′的前两个符号采用Alamouti空时编码,分为两个时隙传输，传输矩阵为

其中,为c₁的第1个符号，为c₁的第2个符号，每两个符号作为一组传输,h_ij为使用用户i的信道，由用户j的天线到基站的信道衰落系数，慢衰落信道下整个码字的传输过程中h_ij均保持不变，快衰落信道下两时隙间衰落系数h_ij不变。

本发明作进一步改进，在步骤D中，所述基站接收到的信息为：

其中，n₀为均值为零、方差为N_j/2的高斯白噪声，由信道估计衰落系数h₁₁和h₂₁，对接收到的信息进行合并，合并公式为：

c₁′为译码正确后重新构造的第二部分分码字，由于时不变卷积LDPC码的校验矩阵不是随机产生的，且分码字根据校验矩阵采用周期凿孔的方案构造，则相同信息通过时不变卷积LDPC编码后码字完全相同，分码字构造出的第二部分分码字也完全一致，即c₁＝c′₁，同理c₂＝c'₂，上述四个公式整理后得到下面两个公式：

将两个公式的数据最大似然估计后送到译码端，计算空时编码协作的误比特率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用卷积LDPC码的率兼容算法构造分码字，并以此为基础进行编码协作，并且在编码协作中采用空时编码传输，在慢衰落和快衰落场景下均能显著提升系统性能，能够普适对抗信道中的快衰落和慢衰落，应用场景广泛。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明空时编码协作传输模型示意图；

图3为本发明的编码协作框图；

图4为本发明的编码协作空时传输框图；

图5为本发明的编码协作空时传输全协作示意图；

图6为本发明的编码协作空时传输半协作示意图；

图7为本发明慢衰落信道中编码协作及空时编码协作中用户1的误比特率性能对比曲线；

图8为本发明快衰落信道中编码协作及空时编码协作中用户1的误比特率性能对比曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括如下步骤：

A：编码步骤：源用户对源信息进行编码；

B：信道编码步骤：源用户对编码后的信息进行信道编码，信道编码后码字为C，将码字C构造成两部分，分别为分码字C₁和分码字C₂；

C：编码协作步骤：分为广播阶段和协作阶段，其中，广播阶段，源用户将分码字C₁广播发送给协作用户和基站；协作阶段，协作用户针对分码字C₁译码，并根据译码结果进行编码协作传输，然后将协作后的信息发送给基站；

D：基站译码步骤：基站判断协作传输模式，对两个阶段接收到的信息处理后进行信道译码。

其中，在步骤A中，所述源用户采用循环冗余校验码(CRC)对源信息进行编码，在步骤D中，基站根据校验标志位判断协作传输模式。

本例适用于多用户多基站的编码协作，本发明以最简单的两用户单基站编码协作为例，本发明建立的两用户单基站的无线网络编码协作系统的系统模型如图2所示，用户间信道和用户到基站的上行信道均为衰落信道且相互独立。

因时不变卷积LDPC码编译码复杂度低，占用存储空间小，在步骤B中，本例采用逼近香农限传输的时不变卷积LDPC码进行信道编码，根据时不变卷积LDPC码的多项式特征矩阵得到校验矩阵H^T，根据校验矩阵及对应的tanner图对信息序列进行线性信道编码，信道编码后的码字C满足C·H^T＝0。Tanner图是由Mr Tanner在1981在论文中提出来的，是研究低密度校验码的重要工具。

作为本发明的一个实施例，根据QC-LDPC码(是LDPC码的一个重要子类,它的校验矩阵具有准循环形式)的多项式矩阵生成方案可获得卷积LDPC码的多项式矩阵，展开可得到其校验矩阵。其中校验矩阵生成方式如下：

GF(m)域，a和b均为非零值，且0(a)＝k，0(b)＝j，s＝0,1,……,j-1，t＝0,1,……,k-1,产生j×k的矩阵P，第(s,t)个元素为P_s,t＝b^sa^t对m取模，将每一列的共同因子去掉，即可得到延时系数，从而得到卷积LDPC码的多项式矩阵。码率R＝1/3时，多项式矩阵为：

其中D为多项式中延迟因子，将多项式矩阵展开，得到校验矩阵：

然后根据生成的校验矩阵对信息序列进行线性编码，编码码字满足C·H^T＝0。译码时采用流水线译码方案，能有效降低译码复杂度，提高通信速度。

本例的卷积LDPC码通过凿孔实现码率兼容，运用到本发明中，就是通过凿孔构造出可经不同路径传输的信道编码分码字。本发明采用时不变卷积LDPC码，其校验矩阵简单且具有周期性，可以进行周期凿孔，对于固定码率和记忆长度的卷积LDPC码只需计算一次凿孔位置，有利于降低系统复杂度。

因时不变卷积LDPC码的校验矩阵具有周期性，本例采用周期凿孔算法，与随机凿孔相比能有效降低误码率，提高协作机制中第一帧译码成功的概率，使得协作有效进行。

本例根据多项式矩阵H^T(D)，码率为R＝b/c,周期为P，凿孔数目l，则凿孔模式为：

其中，a_x,y∈{0,1}，x＝0,1,……,P-1，y＝0,1，……，c-1,凿孔模式a中1代表凿孔位，0代表传输位，如果在前一阶段凿孔模式为a，有k<l个非零项，则其中是模式a时，通过增加l-k个凿孔项得到的模式a_i的集合，如果没有选择任何模式，则产生的种凿孔模式。

本例根据生成的校验矩阵对应的Tanner图，率兼容凿孔算法遵循三个原则：

(1)确保删除变量节点的可恢复性，被打掉的节点通过m次译码迭代能够恢复称之为m阶可恢复节点(m-SR)，如果在有限次迭代内不能恢复，则称为不可恢复节点，记为∞-SR节点，在凿孔算法中要尽量避免∞-SR节点，保证凿孔节点的可恢复性；

(2)最大限度减少完全凿孔循环陷阱集的数目，Tanner图中如果长度为ω＝2d的环中存在度数为d的变量节点，且该节点引出的子图中含有至少1个度数为奇数的校验节点，则称为完全凿孔陷阱集，凿孔时应尽量选择完全凿孔陷阱集数目较少的凿孔模式；

(3)最大限度减少涉及短环的变量节点的数目。

本例的率兼容凿孔算法包括如下步骤：

(1)初始化：设置P，l，最小环长g，最大环长N，迭代次数N_c，初始化A_j＝Ф(j＝1,2,3,4)；

(2)计算模式时，∞-SR节点数目，m-SR节点数目长为g≤ω≤N的环涉及的完全凿孔陷阱集的总数和长为g≤ω≤N的环涉及的变量节点的总数并存储；

(3)确保删量节点的可恢复性，选择∞-SR节点最少的模式A₁←A₁∪a_i，选择使凿孔节点最易恢复的凿孔模式，以为基础，如果优于A₁\a_i的其他模式，则A₂←A₂∪a_i；

(4)最大限度减少完全凿孔循环捕获集的数目，计算如果则A₁←A₁∪a_i，否则A₃←A₃∪a_i，如果A₃＝0，返回执行步骤(1)和步骤(2)，否则则返回执行步骤(3)；

(5)最大限度减少短环涉及的变量节点的数目。计算如果A₄←A₄∪a_i；如果|A₄|＝1，选择此凿孔模式，如果|A₄|>1，随机选择凿孔模式作为A₄。

如图3所示，本例的源用户首先对源数据进行CRC编码，然后将经过CRC编码的信息进行信道编码，信道编码后码字为C，通过率兼容算法将码字构造成两部分，分别为第一部分分码字C₁、和第二部分分码字C₂，然后通过源用户与协作用户发送码字的不同部分获得分集增益。

此过程分为两帧传输，对应两个阶段，即广播阶段和协作阶段。

广播阶段：用户对经CRC编码后的k比特信息进行信道编码，编码后码字为C(码长为N＝N₁+N₂)，构造两部分分码字C₁(码长为N₁)、C₂(码长为N₂)。用户i(i＝1,2)将分码字C₁广播发送给基站和协作用户，则接收端j(j＝0,1,2且i≠j，0为基站，1和2分别代表两用户)收到的信息为：

其中E_s为信号能量，h_i,j为用户i到用户j上行信道的衰落系数，s_i(n)为用户i的第一部分分码字C₁调制后的信息，n_j为服从均值为0、方差为N_j/2的高斯白噪声。衰落系数h_i,_j的幅度服从瑞利分布，相位服从均匀分布。衰落分为快衰落和慢衰落，在慢衰落信道中衰落系数在整个码字的传输过程中保持不变，在快衰落信道中一个码字的每个符号经历的衰落系数均不相关，因此需要分别考虑快、慢衰落场景下的编码协作性能。在慢衰落场景下，用户间信道设置为对称信道，即h_i,j＝h_j,i，快衰落场景下，用户间信道为相互独立信道。

本例将第一帧数据传输与普通的编码协作方案一致，在第二帧传输时引入空时编码传输方法。

协作阶段：协作用户j对接收到的用户i的信息译码，根据CRC校验判断译码结果，如果译码错误则发送自己的第二部分分码字C₂到基站，译码正确则对译码结果再次信道编码，由原来的分码字C₁构造分码字C₂，此时的分码字C₂与源用户的分码字C₂完全相同，然后，与自己的第二部分分码字C₂通过空时编码发送到基站。在基站处根据校验标志位判断协作传输模式，对两个阶段接收到的信息处理后进行信道译码。

具体地，协作用户对接收到的数据进行处理，即将数据长度恢复，并在原凿孔位置补零，对处理后的数据译码，通过CRC校验决定协作阶段数据的发送，如果协作用户对源用户的数据译码正确，则对译码结果再次信道编码，重新构造源用户的分码字C₂，并与自己的第二部分分码字C₂通过空时编码发送到基站并发送到基站；如果译码错误，则发送自己的分码字C₂到基站。

本例假设用户的数量为两个，分别为用户1和用户2，两个用户均作为源用户和协作用户进行编码协作，那么针对协作阶段的信息传输，协作用户对接收到的源用户的信息译码，根据译码结果，具体有以下四种情况：a.两个用户均正确译码，则进行全协作，两个用户均传输自己和协作用户的分码字C₂，模拟2发1收的MIMO系统，采用Alamouti空时编码对数据处理后发送，如图5所示；

b.用户2对用户1的数据译码正确，而用户1对用户2的数据译码错误，则进入半协作状态，用户1全功率发送自己分码字C2，用户2传输自己的分码字C₂和协作用户的分码字C₂，如图6所示；

c.用户1对用户2的数据译码正确，而用户2对用户1的数据译码错误，则进入半协作状态，用户2全功率发送自己分码字C2，用户1传输自己的分码字C₂和协作用户的分码字C₂；

d.两个用户均译码错误，则用户均全功率发送自己的第二部分分码字C₂。

如图4所示，在步骤a中，全协作时，用户间信道和用户到基站的上行信道均为衰落信道且相互独立，记用户i第二部分传输自己的分码字为c_i，传输协作伙伴的分码字为c_j′(i≠j),用户1以功率β₁·E_s发送c₁,以功率(1-β₁)·E_s发送c₂′,用户2以功率β₂·E_s发送c₁′,以功率(1-β₂)·E_s发送c₂,其中，0<β₁≤1，记发送功率E_s＝1，首先对c₁和c₁′的前两个符号采用Alamouti空时编码,分为两个时隙传输，传输矩阵为

其中,为c₁的第1个符号，为c₁的第2个符号，每两个符号作为一组传输,h_ij为使用用户i的信道，由用户j的天线到基站的信道衰落系数，慢衰落信道下整个码字的传输过程中h_ij均保持不变，快衰落信道下两时隙间衰落系数h_ij不变。

在步骤D中，所述基站接收到的信息为：

其中，n₀为均值为零、方差为N_j/2的高斯白噪声，由信道估计衰落系数h₁₁和h₂₁，对接收到的信息进行合并，合并公式为：

c₁′为译码正确后重新构造的第二部分分码字，由于时不变卷积LDPC码的校验矩阵不是随机产生的，且分码字根据校验矩阵采用周期凿孔的方案构造，则相同信息通过时不变卷积LDPC编码后码字完全相同，分码字构造出的第二部分分码字也完全一致，即c₁＝c′₁，同理c₂＝c'₂，上述四个公式整理后得到下面两个公式：

将两个公式的数据最大似然估计后送到译码端，计算空时编码协作的误比特率。

以上分析可知，空时编码协作每个用户第二帧的数据只在自己的多址信道上传输，与编码协作借用协作用户的多址信道传输方案不同，但是基站处仍需知道协作传输情况，处理方案与编码协作一致。

为了验证本发明的可行性和有效性，我们通过搭建MATLAB仿真平台进行了仿真实验，通过仿真结果可更直观地看出本发明提出的方法及系统与现有技术相比的性能优势。

仿真设置：

(1)仿真中两用户到基站的上行信道平均信噪比相同，两用户间的交互信道为理想信道；

(2)所用的卷积LDPC码记忆长度Ms＝21，码率R＝2/5，码长k＝256。协作程度为50％，凿孔周期P＝2，凿孔模式a＝[1,0,1,0,0；1,0,1,1,0]，调制采用16-QAM，空时编码协作中β₁＝β₂＝0.5，保持总功率不变；

(3)仿真图中横轴坐标表示用户1到基站的上行信道平均信噪比，纵轴坐标表示信息比特的误比特率；

(4)图7中信道为瑞利慢衰落信道，图8中信道为瑞利快衰落信道；

(5)图7和图8均以不协作时卷积LDPC码的误比特率曲线为对比基准，以保证性能对比的公平性。

将仿真结果进行对比分析可知，空时编码协作可在慢衰落场景下获得全分集，在快衰落场景下改善系统性能。

综上，本发明采用率兼容卷积LDPC码构造分码字，并引入就空时传输至协作传输中，在快、慢衰落信道下，本发明均有显著的提升，能够普适对抗信道中的快衰落和慢衰落，应用场景广泛。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于率兼容卷积LDPC码的编码协作方法，其特征在于：包括如下步骤：

A：编码步骤：源用户对源信息进行编码；

B：信道编码步骤：源用户对编码后的信息进行信道编码，信道编码后码字为C，将码字C构造成两部分，分别为分码字C₁和分码字C₂；

C：编码协作步骤：分为广播阶段和协作阶段，其中，广播阶段，源用户将分码字C₁广播发送给协作用户和基站；协作阶段，协作用户针对分码字C₁译码，并根据译码结果进行编码协作传输，然后将协作后的信息发送给基站；

D：基站译码步骤：基站判断协作传输模式，对两个阶段接收到的信息处理后进行信道译码，

其中，在步骤A中，所述源用户采用循环冗余校验码对源信息进行编码，

在步骤B中，采用逼近香农限传输的时不变卷积LDPC码进行信道编码，根据时不变卷积LDPC码的多项式特征矩阵得到校验矩阵H^T，根据校验矩阵对信息序列进行线性信道编码，信道编码后的码字C满足C·H^T＝0，

在步骤C中，协作用户根据编码方法对接收到的源用户的信息译码，如果译码错误，则发送自己的第二部分分码字C₂到基站，如果译码正确，则对译码结果再次信道编码，构造源用户的分码字C₂，与自己的第二部分分码字C₂一起发送到基站。

2.根据权利要求1所述的编码协作方法，其特征在于：在步骤D中，基站根据校验标志位判断协作传输模式。

3.根据权利要求1所述的编码协作方法，其特征在于：所述时不变卷积LDPC码通过凿孔实现码率兼容，根据率兼容凿孔算法构造出能够经不同路径传输的信道编码分码字。

4.根据权利要求3所述的编码协作方法，其特征在于：所述时不变卷积LDPC码的校验矩阵具有周期性，所述凿孔采用周期凿孔，根据多项式矩阵H^T(D)，码率为R＝b/c,周期为P，凿孔数目l，则凿孔模式为：

其中，a_x,y∈{0,1}，x＝0,1,……,P-1，y＝0,1，……，c-1,凿孔模式a中1代表凿孔位，0代表传输位，如果在前一阶段凿孔模式为a，有k<l个非零项，则其中是模式a时，通过增加l-k个凿孔项得到的模式a_i的集合，如果没有选择任何模式，则产生的种凿孔模式，b为信源位编码的位数，c为b位信源位编码后映射长度位。

5.根据权利要求4所述的编码协作方法，其特征在于：所述率兼容凿孔算法包括如下步骤：

(1)初始化：设置P，l，最小环长g，最大环长N，迭代次数N_c，初始化A_j＝Ф(j＝1,2,3,4)；

(2)计算模式时，∞-SR节点数目，m-SR节点数目长为g≤ω≤N的环涉及的完全凿孔陷阱集的总数和长为g≤ω≤N的环涉及的变量节点的总数并存储，其中，凿孔时被打掉的节点通过m次译码迭代能够恢复称之为m阶可恢复节点m-SR节点；如果在有限次迭代内不能恢复，则称为不可恢复节点，记为∞-SR节点；

(3)确保删量节点的可恢复性，选择∞-SR节点最少的模式A₁←A₁∪a_i，选择使凿孔节点最易恢复的凿孔模式，以为基础，如果优于A₁\a_i的其他模式，则A₂←A₂∪a_i；

(4)最大限度减少完全凿孔循环捕获集的数目，计算如果则A₁←A₁∪a_i，否则A₃←A₃∪a_i，如果A₃＝0，返回执行步骤(1)和步骤(2)，否则返回执行步骤(3)；

(5)最大限度减少短环涉及的变量节点的数目，计算如果A₄←A₄∪a_i；如果|A₄|＝1，选择此凿孔模式，如果|A₄|＞1，随机选择凿孔模式作为A₄。

6.根据权利要求5所述的编码协作方法，其特征在于：假设用户的数量为两个，分别为用户1和用户2，两个用户均作为源用户和协作用户进行编码协作，那么针对协作阶段的信息发送，协作用户对接收到的源用户的信息译码，根据译码结果，具体有以下四种情况：

a.两个用户均正确译码，则进行全协作，每个用户均传输自己和协作用户的分码字C₂，采用Alamouti空时编码对数据处理后发送；

b.用户2对用户1的数据译码正确，而用户1对用户2的数据译码错误，则进入半协作状态，用户1全功率发送自己分码字C₂，用户2传输自己的分码字C₂和协作用户的分码字C₂；

c.用户1对用户2的数据译码正确，而用户2对用户1的数据译码错误，则进入半协作状态，用户2全功率发送自己分码字C₂，用户1传输自己的分码字C₂和协作用户的分码字C₂；

d.两个用户均译码错误，则用户均全功率发送自己的第二部分分码字C₂。

7.根据权利要求6所述的编码协作方法，其特征在于：在步骤a中，全协作时，用户间信道和用户到基站的上行信道均为衰落信道且相互独立，记用户i第二部分传输自己的分码字为c_i，传输协作伙伴的分码字为c_j′(i≠j),用户1以功率β₁·E_s发送c₁,以功率(1-β₁)·E_s发送c₂′,用户2以功率β₂·E_s发送c₁′,以功率(1-β₂)·E_s发送c₂,其中，0＜β₁≤1，记发送功率E_s＝1，首先对c₁和c₁′的前两个符号采用Alamouti空时编码,分为两个时隙传输，传输矩阵为

其中,为c₁的第1个符号，为c₁的第2个符号，每两个符号作为一组传输,h_ij为使用用户i的信道，由用户j的天线到基站的信道衰落系数，慢衰落信道下整个码字的传输过程中h_ij均保持不变，快衰落信道下两时隙间衰落系数h_ij不变。

8.根据权利要求7所述的编码协作方法，其特征在于：在步骤D中，所述基站接收到的信息为：

其中n₀为均值为零、方差为N_j/2的高斯白噪声，由信道估计衰落系数h₁₁和h₂₁，对接收到的信息进行合并，合并公式为：

c₁′为译码正确后重新构造的第二部分分码字，由于时不变卷积LDPC码的校验矩阵不是随机产生的，且分码字根据校验矩阵采用周期凿孔的方案构造，则相同信息通过时不变卷积LDPC编码后码字完全相同，分码字构造出的第二部分分码字也完全一致，即c₁＝c′₁，同理c₂＝c'₂，上述附加技术特征的四个公式整理后得到下面两个公式：

将两个公式的数据最大似然估计后送到译码端，计算空时编码协作的误比特率。