CN117375790A - 一种多信道条件下的全双工通信实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多信道条件下的全双工通信实现方法，包括：获取可用信道数量N及冲突范围K，根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信。本发明结合纠错编码和信道排列选择技术，将节点的业务数据分为多个突发，并将多个突发映射到多个可用信道，通过信道排列的设计保证不同节点发送的多个突发之间的冲突尽可能少，实现了多信道条件下的全双工通信。

Description

一种多信道条件下的全双工通信实现方法

技术领域

本发明涉及多信道通信技术领域，特别是涉及一种多信道条件下的全双工通信实现方法。

背景技术

多信道通信技术与传统单信道技术相比，可以同时利用多个物理信道进行通信，有效提高网络效率，缩短业务的等待时延。多信道通信技术要求接收机具备多信道并行接收能力，由于器件工艺的快速发展，目前多信道接收机的并行接收能力越来越强。而多个物理信道通常采用频域或者码域正交的方式进行隔离，以避免信道之间的干扰。频域正交的方式中，不同物理信道工作在不同频点，频点之间的间隔一般应大于信号带宽，以确保信道之间干扰足够小。在多信道全双工通信网络中，本地节点发射的大信号对本地接收通道有很大干扰，需要通过收发信道隔离、模拟信号消除和数字信号消除等技术手段来减小干扰。但是通常还不能完全消除对邻近接收信道的影响，特别是在物理信道数量较多时，由于工作频段宽度的限制，信道之间的频率间隔较近。现有的技术方案是减少同时双工工作的物理信道数量，在相同的工作频段内，物理信道数量的减少意味着信道之间的间距增加。但是减少同时双工工作的物理信道数量的技术方案，通过加大物理信道之间的间隔来保证全双工工作时，造成网络吞吐率和业务等待时延等指标变差。因此，设计一种新型的多信道条件下的全双工通信实现方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种多信道条件下的全双工通信实现方法，结合纠错编码和信道排列选择技术，将节点的业务数据分为多个突发，并将多个突发映射到多个可用信道，通过信道排列的设计保证不同节点发送的多个突发之间的冲突尽可能少，实现了多信道条件下的全双工通信。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多信道条件下的全双工通信实现方法，包括如下步骤：

步骤1：获取可用信道数量N及冲突范围K；

步骤2：根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D；

步骤3：根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信。

可选的，步骤1中，获取可用信道数量N及冲突范围K，具体为：

获取可用信道数量N，并确定N个可用信道中彼此冲突的信道数量，记为冲突范围K。

可选的，步骤2中，根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，具体为：

根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，表示为：

在所有信道都被使用的情况下，突发数量D的个数需保证最多只有一个突发落在冲突范围内，且突发数量D的个数不应小于冲突范围K。

可选的，步骤3中，根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信，具体为：

获取系统中节点数量M，若系统中节点数量M大于可用信道数量N时，此时，所有信道均被使用，在一次突发中位于同一冲突范围内的节点，在其它突发中应避免处于同一冲突范围，若系统中节点数量M小于可用信道数量N时，则无需占用所有信道，此时，将M个节点均匀分散在不同信道中；

采用哈希映射进行信道排列，并通过所有节点采用该信道排列方式进行多通道条件下的全双工通信的发送和接收。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的多信道条件下的全双工通信实现方法，该方法包括获取可用信道数量N及冲突范围K，根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信，该方法结合纠错编码和信道排列选择技术，将节点的业务数据分为多个突发，并将多个突发映射到多个可用信道，通过信道排列的设计保证不同节点发送的多个突发之间的冲突尽可能少，实现了多信道条件下的全双工通信。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种多信道条件下的全双工通信实现方法的流程示意图；

图2为Turbo编码器结构示意图；

图3为多码块联合交织示意图；

图4为多信道全双工发送接收示意图；

图5为多信道全双工信道排列方式示意图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种多信道条件下的全双工通信实现方法，结合纠错编码和信道排列选择技术，将节点的业务数据分为多个突发，并将多个突发映射到多个可用信道，通过信道排列的设计保证不同节点发送的多个突发之间的冲突尽可能少，实现了多信道条件下的全双工通信。

如图1所示，本发明实施例提供的多信道条件下的全双工通信实现方法，包括如下步骤：

步骤1：获取可用信道数量N及冲突范围K；

步骤2：根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D；

步骤3：根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信。

该方法对发送业务采用冗余编码，将一次发送分成若干突发，每个突发包含一个数据块，每个节点的多个突发发送时采用不同的信道组合，通过设计尽可能不产生冲突的信道排列组合方案，来保证能够有足够多的数据块接收成功，利用冗余编码的纠错性能实现理想全双工的传输效果。

步骤1中，获取可用信道数量N及冲突范围K，具体为：

获取可用信道数量N，并确定N个可用信道中彼此冲突的信道数量，记为冲突范围K。

步骤2中，根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，具体为：

根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，选择的方式需要考虑保证不冲突的成功率的同时使用尽可能少的突发数量，下面举例说明一种选择算法，但并不排除其他的选择方法，表示为：

该选择方法的计算公式如上所示，在所有信道都被使用的情况下，突发数量D的个数应该保证最多只有一个突发落在冲突范围内，另外突发数量D的个数不应小于冲突范围K，从而尽量保证在一次突发中发生冲突的节点在其他突发中不会再次发生冲突。

步骤3中，根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信，具体为：

获取系统中节点数量M；

若系统中节点数量M大于可用信道数量N时，此时，所有信道均被使用，在一次突发中位于同一冲突范围内的节点，在其它突发中应尽量避免再次处于同一冲突范围，例如64个信道分成8组，每组8个信道之间会发生冲突，不同组的信道之间都没有冲突，在突发1中使用第1组信道的8个节点，在其它突发中应尽量选择不同组的信道来减少冲突机会；

若系统中节点数量M小于可用信道数量N时，则无需占用所有信道，这时应将M个节点均匀分散在不同的信道中，例如64个信道分成8组，每组8个信道之间会发生冲突，不同组的信道之间都没有冲突，如果系统中只有8个节点，则应该在8组信道中各选1个，这样彼此之间都没有冲突；

采用哈希映射进行信道排列，并通过所有节点采用该信道排列方式进行多通道条件下的全双工通信的发送和接收，也可采用其他方法进行信道排列，对采用哈希映射进行信道排列进行详细介绍：

在哈希映射中，利用哈希函数H()计算每个突发中节点使用的信道位置，即：

C_it＝H(i,t)

式中，i代表节点编号，t代表突发编号，是节点i在突发t中使用的信道编号(范围1～N)，当计算出来的信道编号已经被其它节点占用，则C_it＝(C_it+1)modN，直到选择了一个空闲的信道；

再次，将业务数据包进行编码，典型的编码方式包括Turbo码、LDPC码等，但不限于这些编码方式，编码冗余度应该满足分块后成功恢复的要求，此处以Turbo码为例，进行说明，Turbo编码器是通过一个交织器对两个卷积编码器连接而成，如图2所示，是LTE的编码器，两个相同的卷积码，生成多项式由G＝[1,g0/g1]给出，其中g0＝[1011]和g1＝[1101]，因此，Turbo码对输入块编码两次(有或无交织)产生两个不同的奇偶比特子集，每子编码器可以用尾比特被终止为全0状态，图2显示的turbo码标称码率为1/3，码率为1/3意味着有效信息比特占所有比特的1/3，接收端不需要正确接收所有信息比特即可成功译码，典型的译码器这时只需要成功接收1/2的信息比特即可成功译码；

完成交织，交织方式可以采用QPP或者行进列出的方式，然后将交织后数据分为D个突发；

单码块的交织方法如下：

信道交织器的输出比特序列按照以下步骤得到：

A：C为矩阵的列数目，从左到右依次为0,1,2，...，C-1，取C＝10；

B：矩阵的行数目是R＝H/C，其中R′＝R/Q_m，行数从上到下依次为0,1,2，...，R-1，Q_m为调制阶数，QPSK的Q_m＝2，16QAM的Q_m＝4。

C：把输入向量序列写入R×C维矩阵，把Q_m行比特按如下所示从向量开始写入第零行第零列：

块交织器的输出比特序列，从R×C维矩阵中按列读出

当比特数大于6144，Turbo编码器将数据分为多个码块，每个码块长度不大于6144，码块数较多的情况下，如果将每个码块的数据均匀的划分到每个突发中，然后再对进行进列出的交织算法，该算法称为多码块联合交织，其实现步骤如下：

a：每块编码完成后，对每个编码块进行信道交织；

b：各突发的资源按照码块个数均匀分配(码块长度可能稍有差别，原则是尽量各块码率接近)把交织后的每个编码块放到对应的突发资源位置；

c：整个数据段再进行一次交织，具体如图3所示。

按照计算的信道排列方式进行映射，最后进行调制和发送信号，接收节点采用多信道并行接收技术将其它所有节点的信号接收，将信号进行多路分离后，完成解调、突发数据块合并、解交织和译码完成，其主要流程如图4所示。

本发明提供一个实施例：假设信道数量N＝64，数据块数量D＝8，一种可行的信道排列方式如图5所示，以节点9为例，其发送的8个突发数据块，分别选择了第1行第2列、第8行第2列、第7行第2列、第6行第2列、第5行第2列、第4行第2列、第3行第2列和第2行第2列的信道发送，以标记色的节点1、9、17、25、33、41、49、57为例，在第一块发送时这8个节点选择了同一行的8个信道，因此这次发送这8个节点之间无法接收对方的数据，但在第2～8个数据块发送时，这8个节点始终选择了8个不同的行，两两之间始终在不同行之上，即后面的7次发送数据块，这8个节点之间都能够成功接收数据，不考虑传输信道原因丢包的情况下，以节点1为例，可以收到节点2、3、4、5、6、7、8的8个数据块，和其它56个节点的7个数据块，其它节点的情况类似，即这种信道排列方式中，64个节点两两之间最多只有一次突发产生冲突，如果信道编码纠错性能能够从7个数据块中成功恢复发送数据，则64个节点两两之间都可以成功接收数据。

本发明提供的多信道条件下的全双工通信实现方法，该方法包括获取可用信道数量N及冲突范围K，根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信，该方法结合纠错编码和信道排列选择技术，将节点的业务数据分为多个突发，并将多个突发映射到多个可用信道，通过信道排列的设计保证不同节点发送的多个突发之间的冲突尽可能少，实现了多信道条件下的全双工通信。

Claims (4)

1.一种多信道条件下的全双工通信实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获取可用信道数量N及冲突范围K；

步骤2：根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D；

步骤3：根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信。

2.根据权利要求1所述的多信道条件下的全双工通信实现方法，其特征在于，步骤1中，获取可用信道数量N及冲突范围K，具体为：

获取可用信道数量N，并确定N个可用信道中彼此冲突的信道数量，记为冲突范围K。

3.根据权利要求2所述的多信道条件下的全双工通信实现方法，其特征在于，步骤2中，根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，具体为：

根据可用信道数量N及冲突范围K选择突发数量D，表示为：

在所有信道都被使用的情况下，突发数量D的个数需保证最多只有一个突发落在冲突范围内，且突发数量D的个数不应小于冲突范围K。

4.根据权利要求3所述的多信道条件下的全双工通信实现方法，其特征在于，步骤3中，根据可用信道数量N、冲突范围K及突发数量D进行信道排列方式计算，进行信道分配，实现多信道条件下的全双工通信，具体为：

获取系统中节点数量M，若系统中节点数量M大于可用信道数量N时，此时，所有信道均被使用，在一次突发中位于同一冲突范围内的节点，在其它突发中应避免处于同一冲突范围，若系统中节点数量M小于可用信道数量N时，则无需占用所有信道，此时，将M个节点均匀分散在不同信道中；

采用哈希映射进行信道排列，并通过所有节点采用该信道排列方式进行多通道条件下的全双工通信的发送和接收。