CN110611552B - 衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数字通信技术领域，具体涉及一种衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法。本发明的方法包括以下步骤：步骤1、计算需要删余的码字长度；步骤2、计算源点A和源点B分别需要删余的码字长度；步骤3、计算待删余的码字长度；步骤4、初始化中继R收到的信号；步骤5、对源点A的码字进行均衡随机删余操作；步骤6、对源点B的码字进行均衡随机删余操作。本申请的方法针对衰落信道下将两边类型的物理层网络编码和删余方法相结合，构成性能优异的码率可自适应调节的两边类型物理层网络编码，与非均衡随机删余方法和CLS删余方法相比，本方法所设计的码字性能增益明显。

Description

衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法
技术领域
本发明属于数字通信技术领域，具体涉及一种衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法。
背景技术
在时变的、高移动性的无线通信系统中，提高系统吞吐量有两种有效的办法：一是物理层网络编码技术、二是码率自适应技术。
物理层网络编码可以将同时收到的两个源点发送的信号进行映射实现网络编码，从而把源点之间的消息干扰变成有用信号，来提高无线通信系统的吞吐量，物理层网络编码和信道编码的相结合已经成为目前的研究热点之一。在目前的研究中，很多信道编码都已经被用来和物理层网络编码结合设计，如重复积累(RA)编码，不规则低密度奇偶校验(LDPC)码、Lattice码和多边类型低密度奇偶校验(MET-LDPC)码，这里面最值的关注的就是2004年提出的MET-LDPC码。MET-LDPC码作为规则和不规则LDPC码的推广，其涵盖了很多的码字结构，并且在门限值、自适应能力和误码率等方面都具有良好的性能。两边类型低密度奇偶校验码作为MET-LDPC码的一种，其两种边类的结构设计提高了密度演化的稳定性，并简化了编码。已有研究表明，两边类型低密度奇偶校验码联合物理层网络编码的编码方案，即两边类型物理层网络编码的编码方案可以取得良好的性能。
码率自适应技术是一种有效的编码方法，它可以根据信道条件来调节码字的码率，以提高无线通信系统的容量。最常用的码率自适应技术就是删余方法。删余方法是对母码的部分码字进行擦除，使其不经过信道，以提高码字的码率。删余方法目前已被广泛的应用在各种信道编码中，如卷积码、不规则RA码、LDPC码、准循环LDPC码、MET-LDPC码中。
2019年论文《Construction of Rate-Compatible Physical Layer NetworkCoding in Two-way Relay Systems》(You Y,Xie Z,Chen P,et al.Construction ofRate-Compatible Physical Layer Network Coding in Two-Way Relay Systems[J].IEEE Access,2019,7:24420-24429.)提出了在理想高斯白噪声信道下，两边类型物理层网络编码的删余方法，即CLS删余方法。但是该高斯白噪声信道下的删余方法目前还无法适用于无线衰落信道。在无线衰落信道中，由于信道的变化导致接收信号的幅度发生随机变化的现象，即信号衰落，对码字的码率以及编码性能提出了更高的要求。目前，针对在无线衰落信道下，如何对两边类型物理层网络编码的进行删余，以提高码字的码率，获得较好的编码性能，现有技术还没有优秀的解决方案。
发明内容
本发明的目的之一在于克服以上缺点，提供一种衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法，针对衰落信道下将两边类型低密度奇偶校验码构造的物理层网络编码和删余方法相结合，构成性能优异的码率可自适应调节的两边类型物理层网络编码，码字性能增益明显。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法，包括以下步骤：
步骤1、计算需要删余的码字长度NP，计算公式为：
Figure BDA0002232926370000021
其中，K为码字的信息位长度，Rt为码字的目标码率；Ro为码字的原始码率，计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000022
其中，矢量d为与变量节点相连的不同种类边的度情况，矢量m为与校验节点相连的不同种类边的度情况，μm表示度类型为m的校验节点个数与码长的比值，νd表示度类型为d的变量节点个数与码长的比值；
步骤2、计算源点A和源点B分别需要删余的码字长度；
步骤3、计算待删余的码字长度Lo，即码字的原始总长，计算公式为：
Figure BDA0002232926370000023
其中，K是码字的信息位长度，Ro为码字的原始码率；
步骤4、设置中继R收到的信号初始值pRarray为：
pRarray[n]＝bpsk(pYarrayA[n])×h1r+bpsk(pYarrayB[n])×h2r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，其中，n是大等于0且小于Lo的一个整数，h1r为源点A衰落信道的衰落因子，h2r为源点B衰落信道的衰落因子，pYarrayA为源点A发给中继R的码字，pYarrayB为源点B发给中继R的码字，rand_gaussian()为生成高斯随机噪声的函数，bpsk()为bpsk调制函数，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000031
NoiseStdDev为噪声方差函数，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000032
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率；
步骤5、对源点A的码字进行均衡随机删余操作；
步骤6、对源点B的码字进行均衡随机删余操作。
进一步地，所述“计算源点A和源点B分别需要删余的码字长度”，包括以下步骤：
步骤21、设置删余源点A和源点B码字时需要满足的约束条件为：
Figure BDA0002232926370000033
且NPA＝NPB，其中，NP为需要删除的码字长度，NPA为源点A需要删余的码字长度，NPB表示源点B需要删余的码字长度；
步骤22、根据上述约束条件计算得到源点A和源点B分别需要删余的码字长度为：NPA＝NPB＝NP。
进一步地，所述“对源点A的码字进行均衡随机删余操作”，包括以下步骤：
步骤51、初始化参数jA＝0；
步骤52、初始化所述源点A中删余码字标志位placeA的值placeA[jA]＝0；
步骤53、判断若jA<Lo，其中Lo为待删余的的码字长度，则jA＝jA+1，跳至步骤52继续执行，否则跳至步骤54继续执行；
步骤54、初始化删余码字计数器iA＝0，并设置源点A中删余位置参数nA＝0；
步骤55、随机生成删余位置参数nA，计算公式为：nA＝rand()％Lo，其中rand()表示生成随机数的函数，％表示求余运算；
步骤56、判断如果placeA[nA]＝0，则表示源点A中第nA个码字未被删余，则令placeA[nA]＝1，并跳至步骤57继续执行；否则表示源点A中第nA个码字已经被删余，则需跳至步骤55重新选择删余位置参数；
步骤57、源点A中第nA个码字删余后，更新中继R接收到的第nA个信号pRarray[nA]，计算公式为：
pRarray[nA]＝bpsk(pYarrayB[nA])×h2r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，
其中，h2r为源点B衰落信道的衰落因子，pYarrayB为源点B发给中继R的码字，rand_gaussian()为生成高斯随机噪声的函数，bpsk()为bpsk调制函数，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000041
NoiseStdDev为噪声方差函数，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000042
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率；
步骤58、判断如果iA<NPA，则iA＝iA+1，并跳转至步骤55继续执行，否则，结束源点A码字的均衡随机删余操作。
进一步地，所述“对源点B的码字进行均衡随机删余操作”，包括以下步骤：
步骤61、初始化参数jB＝0；
步骤62、初始化源点B中删余码字标志位placeB的值placeB[jB]＝0；
步骤63、判断若jB<Lo，其中Lo为待删余的的码字长度，则jB＝jB+1，并跳至步骤62继续执行，否则跳至步骤64继续执行；
步骤64、初始化删余码字计数器iB＝0，并设置源点B中删余位置参数nB＝0；
步骤65、随机生成删余位置参数nB，计算公式为：nB＝rand()％Lo，其中rand()表示生成随机数的函数；％表示求余运算；
步骤66、判断如果placeB[nB]＝0，表示源点B中第nB个码字未被删余，则令placeB[nB]＝1并跳至步骤67继续执行；否则如果placeB[nB]＝1，表示源点B中第nB个码字已经被删余，则跳至步骤65重新生成删余位置参数nB；
步骤67、判断如果placeA[nB]＝1，则说明在相同位置nB上，源点A和源点B的码字都被删余，则更新中继R接收到的第nB个信号pRarray为pRarray[nB]＝0；否则，更新中继R接收到的第nB个信号pRarray[nB]为：
pRarray[nB]＝bpsk(pYarrayA[nB])×h1r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，其中。h1r表示源点A衰落信道的衰落因子，pYarrayA表示源点A发给中继R的码字，rand_gaussian()表示生成高斯随机噪声的函数，bpsk()表示bpsk调制函数，计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000051
NoiseStdDev表示噪声方差，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000052
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率；
步骤68、判断如果iB<NPB，则iB＝iB+1，并跳转至步骤65继续执行，否则，结束源点B码字的均衡随机删余操作。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果有:
1、本发明从一个全新的视角来设计两边类型的物理层网络编码在衰落信道下的删余方案，针对衰落信道下，将两边类型低密度奇偶校验码构造的物理层网络编码和删余方法相结合，构成性能优异的码率可自适应调节的两边类型物理层网络编码。
2、本发明设计的两边类型物理层网络编码具有很好的性能优势，与非均衡随机删余方法和CLS删余方法相比，本发明所设计的码字性能增益明显。
附图说明
图1是本发明一种衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法步骤流程图。
图2是本发明对源点A的码字进行均衡随机删余操作步骤流程图。
图3是本发明对源点B的码字进行均衡随机删余操作步骤流程图。
图4是本发明衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型。
图5是在h1r＝1.0，h2r＝1.0时，采用本发明均衡随机删余方法和采用非均衡随机删余方法的BER性能比较图。
图6是在h1r＝1.2，h2r＝0.8时，采用本发明均衡随机删余方法和采用非均衡随机删余方法的BER性能比较图。
图7是在h1r＝1.4，h2r＝0.6时，采用本发明均衡随机删余方法和采用非均衡随机删余方法的BER性能比较图。
图8是在h1r＝1.5，h2r＝0.5时，采用本发明均衡随机删余方法和采用非均衡随机删余方法的BER性能比较图。
图9是在h1r＝1.2，h2r＝0.8时，采用本发明均衡随机删余方法和采用CLS删余方法的BER性能比较图。
图10是在Rt分别为0.4、0.5、0.6，且h1r＝1.2，h2r＝0.8时，采用本发明均衡随机删余方法的BER性能比较图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，是本发明一种衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法步骤流程图，包括以下步骤：
步骤1、计算需要删余的码字长度NP，计算公式为：
Figure BDA0002232926370000061
其中K为码字的信息位长度，Rt为码字的目标码率；Ro为码字的原始码率，计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000062
其中矢量d为与变量节点相连的不同种类边的度情况，矢量m为与校验节点相连的不同种类边的度情况，μm表示度类型为m的校验结点个数与码长的比值。νd表示度类型为d的变量结点个数与码长的比值。
步骤2、计算源点A和源点B分别需要删余的码字长度，包括以下步骤：
步骤21、在衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型中，要满足步骤1中所需要的删余的码字长度，则就需要满足约束条件：
Figure BDA0002232926370000071
其中，NP为需要删除的码字长度，NPA为源点A需要删余的码字长度，NPB表示源点B需要删余的码字长度；另外，由于本发明采用了均衡删余的方式进行处理，因此，要求在源点A和源点B之间均衡分布所需要删除的码字长度，也就是源点A和源点B的删余数量是一致的，因此又有约束条件NPA＝NPB。
步骤22、根据上述两个约束条件，可以计算得到源点A和源点B分别需要删余的码字长度为：NPA＝NPB＝NP。
步骤3、计算待删余的码字长度Lo，计算公式为：
Figure BDA0002232926370000072
其中K是码字信息位的长度，Ro为码字的原始码率。这里,Lo也可以表示为码字的原始总长。在本发明技术方案中，在源点A和源点B端都采用了两边类型的低密度奇偶校验码进行信道编码，码字的原始总长Lo就是与T2类边相连的变量节点的长度。
步骤4、当源点A和源点B的码字都未发生删除时，计算中继R收到的信号的初始值为pRarray，计算方式为：
pRarray[n]＝bpsk(pYarrayA[n])×h1r+bpsk(pYarrayB[n])×h2r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，其中，n是大等于0且小于Lo的一个整数，h1r为源点A衰落信道的衰落因子，h2r为源点B衰落信道的衰落因子，pYarrayA为源点A发给中继R的码字，pYarrayB为源点B发给中继R的码字，rand_gaussian()为生成高斯随机噪声的函数，bpsk()为bpsk调制函数，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000073
NoiseStdDev为噪声方差函数，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000074
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率。
步骤5、对源点A的码字进行均衡随机删余操作；如图2，是本发明对源点A的码字进行均衡随机删余操作步骤流程图，包括以下步骤：
步骤51、初始化参数jA＝0；
步骤52、初始化所述源点A中删余码字标志位placeA的值placeA[jA]＝0；这里的placeA可以是一个数组，当placeA[jA]＝0时，表示源点A中的第jA个码字未被删余；当placeA[jA]＝1时，表示源点A中的第jA个码字被删余；
步骤53、判断若jA<Lo，其中Lo为待删余的的码字长度，则jA＝jA+1，跳至步骤52继续执行，否则跳至步骤54继续执行；步骤51至步骤53完成了placeA数组的初始化操作，将每个标志位都初始化为0；
步骤54、初始化删余码字计数器iA＝0，并设置源点A中删余位置参数nA＝0；
步骤55、随机生成删余位置参数nA，计算公式为：nA＝rand()％Lo，其中rand()表示生成随机数的函数，％表示求余运算；
步骤56、判断如果placeA[nA]＝0，则表示源点A中第nA个码字未被删余，则设置placeA[nA]＝1，标识该码字已被删余，并跳至步骤57继续执行；否则表示源点A中第nA个码字已经被前面步骤删余过，则需跳至步骤55重新选择删余位置参数nA；
步骤57、源点A中第nA个码字删余后，更新中继R接收到的第nA个信号pRarray[nA]，计算公式为：
pRarray[nA]＝bpsk(pYarrayB[nA])×h2r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，
其中，h2r为源点B衰落信道的衰落因子，pYarrayB为源点B发给中继R的码字，rand_gaussian()为生成高斯随机噪声的函数，bpsk()为bpsk调制函数，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000081
NoiseStdDev为噪声方差函数，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000082
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率；
步骤58、判断如果iA<NPA，说明在源点A删余数量还未达到NPA个，则执行iA＝iA+1，并跳转至步骤55继续执行，否则当iA等于NPA时，结束源点A码字的均衡随机删余操作，进入后续步骤。
步骤6、对源点B的码字进行均衡随机删余操作。如图3，是本发明对源点B的码字进行均衡随机删余操作步骤流程图，包括以下步骤：
步骤61、初始化参数jB＝0；
步骤62、初始化源点B中删余码字标志位placeB的值placeB[jB]＝0；同样的，这里的placeB可以是一个数组，如果placeB[jB]＝0，就表示源点B中第jB个码字未被删余；否则，就表示源点B中第jB个码字已经被删余；
步骤63、判断若jB<Lo，其中Lo为待删余的的码字长度，则jB＝jB+1，并跳至步骤62继续执行，否则跳至步骤64继续执行；步骤61至步骤63将placeB数组进行了初始化，每个标志位都置位0；
步骤64、初始化删余码字计数器iB＝0，并设置源点B中删余位置参数nB＝0；
步骤65、随机生成删余位置参数nB，计算公式为：nB＝rand()％Lo，其中rand()表示生成随机数的函数，％表示求余运算；
步骤66、判断如果placeB[nB]＝0，表示源点B中第nB个码字还未被删余，则设置placeB[nB]＝1，将其标识为已经删余，并跳至步骤67继续执行；否则如果当前placeB[nB]＝1，表示源点B中第nB个码字已经被删余，则跳至步骤65重新生成删余位置参数nB；
步骤67、判断如果placeA[nB]＝1，则说明在相同位置nB上，源点A和源点B的码字都被删余，则更新中继R接收到的第nB个信号pRarray为pRarray[nB]＝0；否则，更新中继R接收到的第nB个信号pRarray[nB]为：
pRarray[nB]＝bpsk(pYarrayA[nB])×h1r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，其中。h1r表示源点A衰落信道的衰落因子，pYarrayA表示源点A发给中继R的码字，rand_gaussian()表示生成高斯随机噪声的函数，bpsk()表示bpsk调制函数，计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000091
NoiseStdDev表示噪声方差，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000092
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率；
步骤68、判断如果iB<NPB，说明在源点A删余数量还未达到NPB个，则执行iB＝iB+1，并跳转至步骤65继续执行，否则，结束源点B码字的均衡随机删余操作。
为了便于理解，如图4，给出了本发明衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型，从图中可以看出源点A和源点B分别采用两边类型低密度奇偶校验码进行码字编码，采用本申请所述的均衡随机删余方法进行处理后，经过BPSK调制后分别通过衰弱信道发送给中继R，实现源点A和源点B之间数据的通信交互。
下面以一具体的实施例对本发明做进一步说明，该实施例中源点A和源点B分别向中继R发送信息，其信息编码采用的两边类型低密度奇偶校验码的参数表如下：
Figure BDA0002232926370000101
从上参数表可以看出，该两边类型低密度奇偶校验码包含两个变量节点和一个校验节点，其中，矢量d:＝(d1,d2)表示与变量节点相连的不同种类边的度情况，矢量d的取值个数表示该码字中具有的边的种类数,其中第一个值d1表示与变量节点相连的第一类边T1的度，d2表示与变量节点相连的第二类边T2的度。由上述参数表可知，矢量d的取值个数2，因此这是一个两边类型的低密度奇偶校验码。矢量m:＝(m1,m2)表示与校验节点相连的不同种类边的度情况，矢量b:＝(b0,b1)表示该变量节点经过了的信道，在上述参数表用b＝(1,0)表示经过该信道的变量点被删余了，用b＝(0,1)表示该码字有经过衰落信道。另外，参数表中的μm表示度类型为m的校验节点个数与码长的比值，νd表示度类型为d的变量节点个数与码长的比值。
采用本发明的衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法，包括以下步骤：
步骤1、计算需要删余的码字长度。
由上述参数表可知，码字的原始码率Ro为：
Figure BDA0002232926370000102
其中矢量d为与变量节点相连的不同种类边的度情况，矢量m为与校验节点相连的不同种类边的度情况，μm表示度类型为m的校验结点个数与码长的比值，νd表示度类型为d的变量结点个数与码长的比值。
假设码字的信息位长度为K＝512，假设码字的目标码率为Rt＝0.4，要从原始码率Ro到目标码率为Rt，则需要删除的码字长度NP为：
Figure BDA0002232926370000111
步骤2、计算源点A和源点B分别需要删余的码字长度。
步骤21、设置删余源点A和源点B码字时需要满足如下约束条件：
Figure BDA0002232926370000112
同时，由于本发明的方法需要在源点A和源点B之间均衡分布所需要删除的码字长度，也就是源点A和源点B的删余数量是一致的，因此有：NPA＝NPB，其中，NPA表示源点A需要删余的码字长度，NPB表示源点B需要删余的码字长度。
步骤22、根据上述约束条件，可以计算得到在源点A和源点B分别需要删余的码字长度为：NP＝NPA＝NPB＝256。
步骤3、计算待删余的码字长度Lo，计算公式为：
Figure BDA0002232926370000113
这里，Lo也可以表示为码字的原始总长。在本发明技术方案中，在源点A和源点B端都采用了两边类型的低密度奇偶校验码进行信道编码，码字的原始总长Lo就是与T2类边相连的变量节点的长度。
步骤4、设置源点A和源点B中的码字未发生删除时，中继R收到的信号的初始值pRarray为：
pRarray[n]＝bpsk(pYarrayA[n])×h1r+bpsk(pYarrayB[n])×h2r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，其中n是大等于0且小于1536之间的一个整数，h1r为源点A衰落信道的衰落因子，h2r为源点B衰落信道的衰落因子，
NoiseStdDev表示噪声方差，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000114
其中，SNR表示信噪比；pYarrayA表示源点A发给中继R的码字，pYarrayB表示源点B发给中继R的码字，rand_gaussian()表示生成高斯随机噪声的函数，bpsk()表示bpsk调制函数，其具体公式如下：
Figure BDA0002232926370000121
步骤5、在源点A进行均衡随机删余操作，包括以下步骤：
步骤51、设置参数jA＝0；
步骤52、初始化源点A中删余码字标志位placeA的值为：placeA[jA]＝0，这里placeA[jA]＝0表示源点A中的第jA个码字未被删余；
步骤53、若jA<1536，则执行jA＝jA+1，跳至步骤52继续执行；当jA＝1536时表示placeA已经全部初始完成，则跳至步骤54继续执行；
步骤54、设置删余码字计数器iA＝0，设置源点A中删余位置参数nA＝0；
步骤55、随机生成删余位置参数nA：nA＝rand()％1536，其中rand()表示生成随机数的函数；％表示求余运算；
步骤56、判断如果placeA[nA]＝0，则表示源点A中第nA个码字还未被删余，则设置placeA[nA]＝1，并跳至步骤57继续执行；否则，说明源点A中第nA个码字已经被删余，跳至步骤55重新选择删余位置参数。
步骤57、更新删余后中继R接收到的第nA个信号pRarray[nA]为：
pRarray[nA]＝bpsk(pYarrayB[nA])×h2r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，其中h2r表示源点B衰落信道的衰落因子，NoiseStdDev表示噪声方差，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000122
其中，SNR表示信噪比；pYarrayB表示源点B发给中继R的码字，rand_gaussian()表示生成高斯随机噪声的函数，bpsk()表示bpsk调制函数，其具体公式如下：
Figure BDA0002232926370000123
步骤58、判断如果iA<256，则执行iA＝iA+1，并跳转至步骤55继续执行；否则，结束在源点A进行均衡随机删余操作，继续下一个步骤。
步骤6、在源点B进行均衡随机删余操作，包括以下步骤：
步骤61、初始化参数jB＝0；
步骤62、初始化源点B中删余码字标志位placeB的值为：placeB[jB]＝0；
步骤63、判断若jB<1536，则执行jB＝jB+1，跳至步骤62继续执行；否则，表示placeB已经全部初始化完成，跳至步骤64继续执行；
步骤64、初始化删余码字计数器iB＝0，并设置源点B码字的删余位置参数的nB＝0；
步骤65、随机生成删余位置参数nB：nB＝rand()％1536，其中rand()表示生成随机数的函数；％表示求余运算；
步骤66、判断如果placeB[nB]＝0，就表示源点B中第nB个码字还未被删余，则设置placeB[nB]＝1；否则，如果placeB[nB]＝1，就表示源点B中第nB个码字已经被删余，需跳至步骤65重新选择随机数；
步骤67、判断若placeA[nB]＝1，则说明在相同位置nB上，源点A和源点B的码字都被删余了，此时更新中继R接收到的第nB个信号pRarray为：pRarray[nB]＝0；否则，更新中继R接收到的第nB个信号pRarray[nB]为：
pRarray[nB]＝bpsk(pYarrayA[nB])×h1r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，其中h1r表示源点A衰落信道的衰落因子，NoiseStdDev表示噪声方差，其计算公式如下：
Figure BDA0002232926370000131
其中，SNR表示信噪比；pYarrayA表示源点A发给中继R的码字，rand_gaussian()表示生成高斯随机噪声的函数，bpsk()表示bpsk调制函数，其具体公式如下：
Figure BDA0002232926370000132
步骤68、判断如果iB<256，则执行iB＝iB+1，并跳转至步骤65继续执行；否则，结束在源点B进行均衡随机删余操作。
针对上述实施例，本申请采用了下表所示的四组不同的h1r和h2r的取值，来验证本发明方法设计码字的性能增益效果。
Figure BDA0002232926370000133
Figure BDA0002232926370000141
如图5，给出了上述实施例在h1r＝1.0，h2r＝1.0时，采用本发明均衡随机删余方法(NPA＝NPB＝256)和采用非均衡随机删余方法(NPA≠NPB)的BER性能比较曲线图，其中，K＝512，Rt＝0.4。由图中可以看出，在衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型中，在BER＝10-6时，采用本发明设计的码字比非均衡随机删余方法设计的码字有明显的性能优势，最小性能增益大约有0.5dB，最大性能增益大约有3.8dB。
如图6，给出了上述实施例在h1r＝1.2，h2r＝0.8时，采用本发明均衡随机删余方法(NPA＝NPB＝256)和采用非均衡随机删余方法(NPA≠NPB)的BER性能比较图，其中，K＝512，Rt＝0.4。由图中可以看出，在衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型中，在BER＝10-5时，采用本发明设计的码字比非均衡随机删余方法设计的码字有明显的性能优势，最小性能增益大约有1dB，最大性能增益大约有5dB。
如图7，给出了上述实施例在h1r＝1.4，h2r＝0.6时，采用本发明均衡随机删余方法(NPA＝NPB＝256)和采用非均衡随机删余方法(NPA≠NPB)的BER性能比较图，其中，K＝512，Rt＝0.4。由图中可以看出，在衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型中，在BER＝10-4时，采用本发明设计的码字比非均衡随机删余方法设计的码字有明显的性能优势，最小性能增益大约有1dB，最大性能增益大于8dB。
如图8，给出了上述实施例在h1r＝1.5，h2r＝0.5时，采用本发明均衡随机删余方法(NPA＝NPB＝256)和采用非均衡随机删余方法(NPA≠NPB)的BER性能比较图，其中，K＝512，Rt＝0.4。由图中可以看出，在衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型中，在BER＝10-4时，采用本发明设计的码字比非均衡随机删余方法设计的码字有明显的性能优势，最小性能增益大约有3dB，最大性能增益大于8dB。
如图9，给出了在h1r＝1.2，h2r＝0.8时，采用本发明均衡随机删余方法和采用CLS删余方法的BER性能比较图，其中，K＝512，Rt＝0.4。由图中可以看出，高斯信道性能优异的CLS删余算法并不完全适用于衰落信道。衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型中，在BER＝10-5时，将采用本发明设计的码字与采用高斯信道下性能优异的CLS删余方法所设计的码字进行比较，本发明所设计的码字有明显的性能优势，性能增益大约有5dB。
如图10，给出了在Rt分别为0.4、0.5、0.6，且h1r＝1.2，h2r＝0.8时，采用本发明均衡随机删余方法(NPA＝NPB)的性能比较图，其中，K＝512。由图中可以看出，本发明均衡随机删余方法在衰落信道下的两边类型物理层网络编码系统模型中，可以实现多码率之间的自适应调节。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、计算需要删余的码字长度NP，计算公式为：
Figure FDA0003285358740000011
其中，K为码字的信息位长度，Rt为码字的目标码率；Ro为码字的原始码率，计算公式如下：
Figure FDA0003285358740000012
其中，矢量d为与变量节点相连的不同种类边的度情况，矢量m为与校验节点相连的不同种类边的度情况，μm表示度类型为m的校验节点个数与码长的比值，νd表示度类型为d的变量节点个数与码长的比值；
步骤2、计算源点A和源点B分别需要删余的码字长度；
步骤3、计算待删余的码字长度Lo，即码字的原始总长，计算公式为：
Figure FDA0003285358740000013
其中，K是码字的信息位长度，Ro为码字的原始码率；
步骤4、设置中继R收到的信号初始值pRarray为：
pRarray[n]＝bpsk(pYarrayA[n])×h1r+bpsk(pYarrayB[n])×h2r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，
其中，n是大等于0且小于Lo的一个整数，h1r为源点A衰落信道的衰落因子，h2r为源点B衰落信道的衰落因子，pYarrayA为源点A发给中继R的码字，pYarrayB为源点B发给中继R的码字，rand_gaussian()为生成高斯随机噪声的函数，bpsk()为bpsk调制函数，其计算公式如下：
Figure FDA0003285358740000014
NoiseStdDev为噪声方差函数，其计算公式如下：
Figure FDA0003285358740000015
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率；
步骤5、对源点A的码字进行均衡随机删余操作；
步骤6、对源点B的码字进行均衡随机删余操作。
2.如权利要求1所述的衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法，其特征在于，所述“计算源点A和源点B分别需要删余的码字长度”，包括以下步骤：
步骤21、设置删余源点A和源点B码字时需要满足的约束条件为：
Figure FDA0003285358740000021
且NPA＝NPB，其中，NP为需要删除的码字长度，NPA为源点A需要删余的码字长度，NPB表示源点B需要删余的码字长度；
步骤22、根据上述约束条件计算得到源点A和源点B分别需要删余的码字长度为：NPA＝NPB＝NP。
3.如权利要求1所述的衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法，其特征在于，所述“对源点A的码字进行均衡随机删余操作”，包括以下步骤：
步骤51、初始化参数jA＝0；
步骤52、初始化所述源点A中删余码字标志位placeA的值placeA[jA]＝0；
步骤53、判断若jA＜Lo，其中Lo为待删余的的码字长度，则jA＝jA+1，跳至步骤52继续执行，否则跳至步骤54继续执行；
步骤54、初始化删余码字计数器iA＝0，并设置源点A中删余位置参数nA＝0；
步骤55、随机生成删余位置参数nA，计算公式为：nA＝rand()％Lo，其中rand()表示生成随机数的函数，％表示求余运算；
步骤56、判断如果placeA[nA]＝0，则表示源点A中第nA个码字未被删余，则令placeA[nA]＝1，并跳至步骤57继续执行；否则表示源点A中第nA个码字已经被删余，则需跳至步骤55重新选择删余位置参数；
步骤57、源点A中第nA个码字删余后，更新中继R接收到的第nA个信号pRarray[nA]，计算公式为：
pRarray[nA]＝bpsk(pYarrayB[nA])×h2r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，
其中，h2r为源点B衰落信道的衰落因子，pYarrayB为源点B发给中继R的码字，rand_gaussian()为生成高斯随机噪声的函数，bpsk()为bpsk调制函数，其计算公式如下：
Figure FDA0003285358740000022
NoiseStdDev为噪声方差函数，其计算公式如下：
Figure FDA0003285358740000031
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率；
步骤58、判断如果iA＜NPA，则iA＝iA+1，并跳转至步骤55继续执行，否则，结束源点A码字的均衡随机删余操作。
4.如权利要求1所述的衰落信道下两边类型物理层网络编码的均衡随机删余方法，其特征在于，所述“对源点B的码字进行均衡随机删余操作”，包括以下步骤：
步骤61、初始化参数jB＝0；
步骤62、初始化源点B中删余码字标志位placeB的值placeB[jB]＝0；
步骤63、判断若jB＜Lo，其中Lo为待删余的的码字长度，则jB＝jB+1，并跳至步骤62继续执行，否则跳至步骤64继续执行；
步骤64、初始化删余码字计数器iB＝0，并设置源点B中删余位置参数nB＝0；
步骤65、随机生成删余位置参数nB，计算公式为：nB＝rand()％Lo，其中rand()表示生成随机数的函数；％表示求余运算；
步骤66、判断如果placeB[nB]＝0，表示源点B中第nB个码字未被删余，则令placeB[nB]＝1并跳至步骤67继续执行；否则如果placeB[nB]＝1，表示源点B中第nB个码字已经被删余，则跳至步骤65重新生成删余位置参数nB；
步骤67、判断如果placeA[nB]＝1，则说明在相同位置nB上，源点A和源点B的码字都被删余，则更新中继R接收到的第nB个信号pRarray为pRarray[nB]＝0；否则，更新中继R接收到的第nB个信号pRarray[nB]为：pRarray[nB]＝bpsk(pYarrayA[nB])×h1r+NoiseStdDev×rand_gaussian()，其中，h1r表示源点A衰落信道的衰落因子，pYarrayA表示源点A发给中继R的码字，rand_gaussian()表示生成高斯随机噪声的函数，bpsk()表示bpsk调制函数，计算公式如下：
Figure FDA0003285358740000032
NoiseStdDev表示噪声方差，其计算公式如下：
Figure FDA0003285358740000041
其中，SNR为信噪比，Rt为码字的目标码率；
步骤68、判断如果iB＜NPB，则iB＝iB+1，并跳转至步骤65继续执行，否则，结束源点B码字的均衡随机删余操作。
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