專利名稱：一種自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作中繼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信中的協(xié)同通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作中繼 方法。
背景技術(shù)：
在無(wú)線衰落環(huán)境中，分集技術(shù)被認(rèn)為是一種有效抵抗信道衰落并提高系統(tǒng)穩(wěn)定性 的關(guān)鍵技術(shù)。分集是一種通過(guò)向接收端提供多條相互獨(dú)立衰落支路的冗余，從而獲得有效 增益的方法，分為時(shí)間分集、空間分集和頻率分集。近年來(lái)，受到廣泛關(guān)注和研究的多輸入 多輸出(MIMO)技術(shù)就是一種能削弱信道衰落效應(yīng)，獲得滿分集增益的技術(shù)，MIMO技術(shù)要求 發(fā)射端與接收端的多天線位置彼此之間足夠遠(yuǎn)，這種多天線技術(shù)并不適合小尺寸的移動(dòng)終 端。因協(xié)作分集能獲得同樣的分集增益且不受多天線條件限制，最近協(xié)作通信獲得了廣泛 的關(guān)注。在協(xié)作通信中，節(jié)點(diǎn)包括源端、中繼端和目的端，源端和中繼端相互協(xié)作形成虛擬 MIMO系統(tǒng)，可以給接收端帶來(lái)分集增益。這里中繼的作用是協(xié)助源端向目的端轉(zhuǎn)發(fā)信息。 為了保證獲得分集增益，中繼端到目的端與源端到目的端的兩條鏈路需相互獨(dú)立。在現(xiàn)有 協(xié)作通信中，有3種基本中繼協(xié)作方法1)放大前傳(AF)，2)譯碼前傳(DF)，3)壓縮前傳 (CF)。最近提出的編碼協(xié)作使得分集增益性能相比傳統(tǒng)的中繼協(xié)作方法有很大提 高。但現(xiàn)有的編碼協(xié)作技術(shù)僅是在多用戶協(xié)作中加入信道編碼?！秶?guó)際電氣與電子工程 師協(xié)會(huì)-車輛技術(shù)期刊》(IEEE Trans, on Veh. Tech, vol. 58，no. 2，pp. 655-669，F(xiàn)eb, 2009)發(fā)表的爾夫日(M.Elfituri)的“一種基于分布式卷積編碼的中繼協(xié)作方法(A Convolutional-BasedDistributed Coded Cooperation Scheme for Relay Channels)，，一 文提出了一種分布式卷積碼協(xié)作，通過(guò)源端和中繼端協(xié)作發(fā)送同一源的信息卷積編碼的不 同部分，從而在接收端獲得編碼協(xié)作分集增益，但由于其中繼端協(xié)作的源僅限同一個(gè)源端， 不太適用于實(shí)際的多源多中繼網(wǎng)絡(luò)。《國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)-信息論期刊》(IEEE Trans. Information Theory, vol.46, no. 4, pp. 1204-1216，Jul. 2000)發(fā)表的阿舍得(R. Ahl swede)的“網(wǎng)絡(luò)信息流 (Networkinformation flow) ”一文中首先提出的網(wǎng)絡(luò)編碼在協(xié)作分集中的應(yīng)用至今還沒(méi) 有得到充分的研究。網(wǎng)絡(luò)編碼引入的初衷是用于增加有線無(wú)噪網(wǎng)絡(luò)的容量，其基本思想 是在中繼節(jié)點(diǎn)上對(duì)接收到的不同源的信息先進(jìn)行異或(XOR)，然后路由到其他節(jié)點(diǎn)，而不 是簡(jiǎn)單地將接收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)到其他節(jié)點(diǎn)。無(wú)線媒介的廣播性質(zhì)使得網(wǎng)絡(luò)編碼成功地運(yùn) 用到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，《國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)-2006年無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)會(huì)議》(2006IEEE WirelessCommunications and Networking Conference, pp. 1681-6 | CD-ROM, 2006)發(fā)表 的晨(Y. Chen)等的“網(wǎng)絡(luò)編碼增加無(wú)線分集(Wireless diversity through network coding) ”一文指出，網(wǎng)絡(luò)編碼分布式天線系統(tǒng)能獲得與傳統(tǒng)的分布式天線系統(tǒng)同樣的分集 增益，同時(shí)較后者有更低的誤碼率、更低的硬件要求和更高的寬帶效率?！秶?guó)際電氣與電子 工程師協(xié)會(huì)"無(wú)線通信期刊》(IEEE Trans. Wireless Commun.，vol. 7，no. 2，pp. 574-583，F(xiàn)eb. 2008)發(fā)表的肖寶(X.Bao)的“無(wú)線中繼網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作編碼圖與網(wǎng)絡(luò) 圖相匹配(AdaptiveNetwork Coded Cooperation (ANCC) for Wireless Relay Networks Matching Code-on-GraphwithNetwork-on-Graph) ”一文，在多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中提出了 一種自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼，其基本思想是根據(jù)瞬時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作發(fā) 送的信息在接收端形成系統(tǒng)低密度單奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)，但一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題是在接收端 形成的LDPC 二分部圖由于該其節(jié)點(diǎn)連接隨信道變化而具有短環(huán)，而這將極大地降低性能 增 ο
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作中繼方法，以抵抗無(wú)線鏈路衰落特 性和適應(yīng)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)采用分布式地卷積編碼，避免傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼造成接收 端的LDPC碼二分部圖具有短環(huán)，從而有效地提高分集增益。本發(fā)明自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作中繼方法，設(shè)在一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)小區(qū)中，有M個(gè)源端sm、 N個(gè)中繼端rn和一個(gè)目的端d，m = 1，2. . . M，n = 1，2. . . N ；源端先廣播信息給目的端，中繼 端偵聽(tīng)到源端發(fā)送的信息后協(xié)助源端轉(zhuǎn)發(fā)偵聽(tīng)到的信息給目的端，目的端合并來(lái)自于源端 和中繼端的信息；其特征在于分以下兩個(gè)時(shí)隙階段進(jìn)行步驟1 在第1時(shí)隙，M個(gè)源端分別將其要發(fā)送的信息與相應(yīng)的生成多項(xiàng)式gm 卷積，m= 1,2... M，所述生成多項(xiàng)式gm為源端Sm對(duì)應(yīng)的一個(gè)編碼器沖擊響應(yīng)，可用矢量表 示為gm = (a0 B1. . . ax),源端sm對(duì)其要發(fā)送的信息Χ、卷積的結(jié)果為，
m幣
其中V為卷積對(duì)應(yīng)的gm的位數(shù)減去1，Σ表示模2和；然后通過(guò)正交信道發(fā)送卷積后的信息 比特給目的端，其中正交信道可通過(guò)時(shí)分、頻分或者擴(kuò)頻正交碼來(lái)實(shí)現(xiàn)；此時(shí)中繼端偵聽(tīng)的 信息為 i=o(1) 與此同時(shí)目的端接收到的信息為 其中源端到中繼端的鏈路系數(shù)矩陣
為第k時(shí)刻源端知到中繼端4的鏈路衰落系數(shù)；源端發(fā)送的信息組合向量 xs(k) = [xsi(k) Xsi(Jc) ... Xv ㈨]，xs(k) =0，k≤ 0，xj幻為源端 在第 k 時(shí)刻發(fā)送
的比特，R印mat(a，m, n)表示把向量a拓展成m行n列分塊矩陣，該分塊矩陣每個(gè)元素都為向量a;源端到目的端的鏈路系數(shù)向量
第k時(shí)刻源端sm到目的端d的鏈路衰落系數(shù)；生成多項(xiàng)式比特組合向量g(i) = [gl(i)
g2(i)...g (i)], gm(i)為源端sji用的生成多項(xiàng)式的第i比特；中繼端上白噪聲矩陣
白噪聲向量Wd(k) = [wd(k) ㈨… ㈨]，Wd(k)為第k時(shí)刻目的端d上的白噪聲；其中 上述符號(hào)中黑體小寫加粗字母表示行向量，黑體大寫加粗字母表示矩陣， 表示點(diǎn)乘， 表 示異或，Σ表示模2和；步驟2 在第2時(shí)隙，設(shè)在該時(shí)隙內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，通過(guò)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC) 校驗(yàn)，正確譯出P個(gè)源端的信息的中繼數(shù)為L(zhǎng)，P > 0，第1個(gè)中繼能夠正確譯出P1個(gè)源端 的信息χ' s，Pi < P1, i < 1彡L，0 < P1 <M，依據(jù)xs(k) = 0，k彡0和生成多項(xiàng)式向量 g，通過(guò)反卷積把源端的信息組合向量Xs恢復(fù)至其估計(jì)量^ ；中繼依據(jù)當(dāng)前具備轉(zhuǎn)發(fā)資格的 中繼個(gè)數(shù)的自適應(yīng)地對(duì)正確接收到的各源端的信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，具體為L(zhǎng)個(gè)中繼將正確 接收到的各源端的信息分別對(duì)生成多項(xiàng)式向量
相應(yīng)的多項(xiàng)式卷積，即第1個(gè)中繼巧將正確接收到的第m個(gè)源端知發(fā) 送的信息巧 與^中的生成多項(xiàng)式<^卷積，其中m < P1，然后L個(gè)中繼分別對(duì)其卷積后的P1行 不同源端的信息比特進(jìn)行異或，1 = 1，2...L，最后轉(zhuǎn)發(fā)給目的端，則目的端接收到的信息 為 其中表示GF⑵域上的乘法，
),為M行N
列矩陣，gi 為第ι個(gè)中繼T1接收到的信息中的第m個(gè)源端Sm發(fā)送的信息^ 的卷積對(duì)象，目的端在2時(shí)隙內(nèi)接收到的信息構(gòu)成碼率為M/(M+L)，生成矩陣為 的卷積碼；源端和中繼端使用的生成多項(xiàng)式采用具有上式(4)特征的最佳卷積碼 的生成矩陣?yán)锏纳啥囗?xiàng)式。由于本發(fā)明利用分布式卷積碼依據(jù)源端到中繼端的信道的好壞實(shí)時(shí)調(diào)整中繼端 采用的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，即調(diào)整目的端接收的信息構(gòu)成的卷積碼的碼率，從而有效、分布式 地適應(yīng)變化的信道狀態(tài)和改變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且避免了使用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼導(dǎo)致在接收 端形成的LDPC碼二分部圖具有短環(huán)，從而保證分集增益有效地提高；本發(fā)明適用于實(shí)際 的多源多中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和多用戶協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，避免了傳統(tǒng)的重復(fù)編碼協(xié)作隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)數(shù)增多而帶來(lái)的巨大硬件資源浪費(fèi)和頻譜效率的犧牲；本發(fā)明中中繼端采用自適應(yīng)網(wǎng) 絡(luò)編碼方法，對(duì)其正確接收到的不同的源端的信息進(jìn)行編碼，克服了絕大部分分布式編碼 協(xié)作僅服務(wù)于同一源的信息的局限，能夠同時(shí)服務(wù)多源端；本發(fā)明獲得的分集增益上界為 min(LK+l, dftee)，其中dftee為該卷積碼的自由距離，K為信息包大小以及L為參與第2時(shí)隙 協(xié)作的中繼數(shù)。下面給出自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作中繼方法在多源多中繼網(wǎng)絡(luò)中獲得的性能增益上 界。在序列h建模的瑞利衰落信道中，設(shè)接收端已知與其相連的信道狀態(tài)信息，則端到端 的卷積碼的軟判決譯碼的成對(duì)錯(cuò)誤概率Prf,Oc — XI h)為 其中
為卷積碼的碼率，d為序列乂和^之間的漢明距離，Eb/N0
為比特信噪比。在M源N中繼無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)有L個(gè)中繼參與第2時(shí)隙的中繼協(xié)作，則目的 端獲得的碼字是碼率為M/(M+L)的卷積碼，由于目的端收的碼字是分別來(lái)自于不同節(jié)點(diǎn)， 設(shè)所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送的比特功率都為Eb，則在本發(fā)明的中繼方法中，端到端的卷積碼的軟判決 成對(duì)錯(cuò)誤概率為 其中 而在實(shí)際環(huán)境中，每個(gè)信息包必須經(jīng)歷時(shí)間交織從而減少每條鏈路相關(guān)衰落的地 影響。設(shè)接收端完好地解交織以致信息包中的每個(gè)比特經(jīng)歷不相關(guān)的衰落，且信息包大小 都為K，因分集增益階數(shù)等于每個(gè)信息比特經(jīng)過(guò)多少條相互獨(dú)立的衰落信道，所以當(dāng)L個(gè)中 繼參與協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)該信息包時(shí)，分集增益最多能獲得LK+1階。因此整個(gè)協(xié)作中繼系統(tǒng)獲得分 集增益上界為min(LK+l，dfree)。
圖1為簡(jiǎn)單的3節(jié)點(diǎn)無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型。圖2為實(shí)施例1中的網(wǎng)絡(luò)模型采用本發(fā)明協(xié)作中繼方法與傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié) 作中繼方法和《國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)-無(wú)線通信期刊》(IEEE Wireless Commun. Letters, vol. 12，no. 3，pp. 194-196，Mar. 2008)由韓(J. Han)發(fā)表的“無(wú)線衰落中繼信道 中的一種簡(jiǎn)單的增加分集增益階數(shù)的方法(A Simple Technique to Enhance Diversity Order in WirelessFading Relay Channels) ”中提出的異或(XOR)協(xié)作中繼方法的誤碼率 性能曲線比較圖。圖3為2源單中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型。圖4為實(shí)施例2中的網(wǎng)絡(luò)模型采用本發(fā)明協(xié)作中繼方法與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作中 繼方法的系統(tǒng)中斷率性能曲線比較圖。圖5為3源2中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型1。圖6為3源2中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型2。圖7為實(shí)施例3中的網(wǎng)絡(luò)模型采用本發(fā)明協(xié)作中繼方法與嚴(yán)格自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼中 繼方法誤碼率性能曲線比較圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 本實(shí)施例以簡(jiǎn)單的3節(jié)點(diǎn)無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型為例，介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方 法。圖1為簡(jiǎn)單的3節(jié)點(diǎn)無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型。如圖1所示，該具體網(wǎng)絡(luò)模型為單源端 s在單中繼r的協(xié)助下發(fā)送信息給目的端d，其中中繼端正確地接收到源端的信息，帶有箭 頭的實(shí)線和虛線分別表示第1時(shí)隙和第2時(shí)隙的信息的成功傳輸，協(xié)作通信分2個(gè)時(shí)隙完 成步驟1 第1時(shí)隙，源端s先將其發(fā)送的信息Xs預(yù)處理，即將Xs與gl = (100)卷 積，然后廣播給目的端d，設(shè)廣播信號(hào)比特功率Es = 1，此時(shí)中繼端r偵聽(tīng)到的信息為 與此同時(shí)目的端d收到的信息為
(18)
其中k= 1，2，...，K，為一個(gè)信息包大小，hsr CN(0 l)，hsd CN(0 1)分別為源 端到中繼端和目的端的鏈路衰落系數(shù)，^ CN(0 l)，wd CN(0 1)分別為中繼端和目的端 上的復(fù)高斯白噪聲，且相互獨(dú)立，其中CN(0 σ2)表示循環(huán)對(duì)稱復(fù)高斯隨機(jī)變量，實(shí)部和虛
部都是獨(dú)立同分布的 步驟2 第2時(shí)隙，中繼端依據(jù)生成多項(xiàng)Sg11 =(1 1 1)對(duì)正確接收到的源端s的 信息模2和，即將正確接收的源端的信息和生成多項(xiàng)式gi卷積，然后轉(zhuǎn)發(fā)給目的端，目的端 收到的信息為
(19)
其中hrf CN(0 1)為中繼到目的端的鏈路衰落系數(shù)。因此，目的端2時(shí)隙內(nèi)接收 到的來(lái)自源端和中繼端的信息構(gòu)成了生成矩陣G =[免g\]ocl的卷積碼，為了獲得更好的性 能，源端和中繼端可采用最佳卷積碼的生成矩陣?yán)锏纳啥囗?xiàng)式。在本實(shí)施例中，G= [4
7]OCt。圖2為實(shí)施例1中的網(wǎng)絡(luò)模型采用本發(fā)明所提供的協(xié)作中繼方法與傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單 轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)作中繼方法和《國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)-無(wú)線通信期刊》(IEEE Wireless Commun. Letters, vol. 12，no. 3，pp. 194-196，Mar. 2008)由韓(J. Han)所發(fā)表的“無(wú)線衰 落中繼信道中的一種簡(jiǎn)單的增加分集增益階數(shù)的方法(A Simple Technique to Enhance Diversity Order inffireless Fading Relay Channels) ”中提出的異或協(xié)作中繼方法的誤 碼率性能曲線比較圖。仿真采用BPSK調(diào)制，且設(shè)信息包中的每個(gè)比特經(jīng)歷不相關(guān)的衰落， 目的端完好地知道與其連接的信道狀態(tài)信息，且采用軟維特比譯碼方式。如圖2中所示，在 簡(jiǎn)單3節(jié)點(diǎn)中繼網(wǎng)絡(luò)，采用本發(fā)明的協(xié)作中繼方法的性能曲線Al優(yōu)于傳統(tǒng)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)發(fā)的性能 曲線B和韓(J. Han)等的XOR中繼方法的性能曲線C。在誤比特率為10_4時(shí)，本發(fā)明的中繼 方法相對(duì)于傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)發(fā)中繼方法有7db以上提高，相對(duì)于韓(J.Han)等的中繼方法有 2db以上的提高，但犧牲的是目的端的譯碼復(fù)雜度。并且如圖4所示，在高信噪比情況下，采 用本發(fā)明的協(xié)作中繼方法的性能曲線Al與其理論曲線A重合，由此可見(jiàn)本發(fā)明的協(xié)作中繼 方法能夠獲得分集增益為min(K+l，dftee)，其中dftee為目的端構(gòu)成的卷積碼的自由度，并且 仿真采用信息包大小K = 240比特。實(shí)施例2:本實(shí)施例以2源單中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型為例，介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方 法。圖3為2源單中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型。如圖3所示，該具體網(wǎng)絡(luò)模型為源端S1和 源端S2在中繼端r的協(xié)助下發(fā)送信息給同一目的端d，其中中繼端無(wú)誤地接收到2源端的 信息。協(xié)作通信分2個(gè)時(shí)隙完成步驟1 第1時(shí)隙，源端S1和S2分別按照生成多項(xiàng)式gl = (1 0 0)和& = gl對(duì)其要發(fā)送信息弋和氕模2和，然后通過(guò)正交信道廣播給目的端d，假設(shè)廣播信號(hào)比特功率Es =1，此時(shí)中繼端r偵聽(tīng)到的信息為 與此同時(shí)目的端d收到的信息為
(21)其中
為源sm到中繼r和目的d的鏈路衰落系數(shù)，m= l，2，g= (gl g2),v = 20步驟2 第2時(shí)隙，中繼端先采取相應(yīng)的生成多項(xiàng)式對(duì)正確接收到的同一源端的信 息模2和，接著對(duì)模2和后的不同源端的信息進(jìn)行異或(傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼)，具體為中繼端先 將正確接收到的2源端發(fā)送的信息\和\分別對(duì)g, = [g\-,g\\ct = [5;7]。λ相應(yīng)的多項(xiàng)式卷積， 然后將其卷積后的2行不同源端的信息比特進(jìn)行異或，最后轉(zhuǎn)發(fā)給目的端，則在目的接收 的信息為 因此目的端2時(shí)隙內(nèi)接收的信息可以構(gòu)成生成矩陣為
(23)的卷積碼。在本實(shí)施例中選擇2個(gè)約束長(zhǎng)度不同的生成矩陣G， 圖4為實(shí)施例2中的網(wǎng)絡(luò)模型采用本發(fā)明協(xié)作中繼方法與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)作中 繼方法的系統(tǒng)中斷率性能曲線比較圖。系統(tǒng)中斷率定義為在接收端接收到的各用戶信息不 同時(shí)正確的概率。如圖4所示，在兩源單中繼網(wǎng)絡(luò)中，采用本發(fā)明協(xié)作中繼方法的性能曲線 A2和A3在高信噪比條件下優(yōu)于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼中繼方法的性能曲線D，在系統(tǒng)中斷率為 10_4時(shí)，本發(fā)明中繼方法相對(duì)于的傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼中繼方法有4. 5db以上的性能提高。同 時(shí)注意到在低于4db的低信噪比條件下，采用本發(fā)明協(xié)作中繼方法性能比傳統(tǒng)的差，其原 因?yàn)榻邮斩私邮盏男畔?gòu)成的卷積碼碼率過(guò)大，冗余碼字減少，以致在低的誤碼率條件下， 性能不太理想。然而卷積碼的性能正比于自由距離，反比于最近鄰數(shù)，前者起主導(dǎo) 作用，如圖4中所示，本發(fā)明協(xié)作中繼方法在目的端構(gòu)成生成矩陣G= [4 0 5 ；0 4 7]_的 卷積碼的性能曲線Α2比在目的端構(gòu)成生成矩陣G= [10 0 15 ；0 10 13]。。t的卷積碼的性 能曲線A3差，是因?yàn)楹笳叩淖杂删嚯x比前者小，但由于約束長(zhǎng)度增加，譯碼復(fù)雜度也隨著 增加。
實(shí)施例3
本實(shí)施例以3源2中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型為例，介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方法。 圖5為3源2中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型1。圖6為3源2中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型2。 如圖5中所示，該具體網(wǎng)絡(luò)模型為源端si、s2和S3在中繼端和r2的協(xié)助下發(fā)送信息給同 一目的端d，設(shè)其中中繼Γι接收的信息只有來(lái)自于S1和S2通過(guò)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼校驗(yàn)，即接 收的信息是無(wú)誤的，而中繼r2無(wú)誤接收到來(lái)自于Sl、S2和S3的信息，該設(shè)定同樣適用于圖 6。若改變自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼中繼方法其中一個(gè)條件，即參與第2時(shí)隙協(xié)作的中繼端需正確譯 出全部源端的信息，簡(jiǎn)稱此方法為嚴(yán)格自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼中繼方法，如圖6中所示，其3源2 中繼無(wú)線協(xié)作中繼網(wǎng)絡(luò)模型具體為源端Sl、S2和S3只能在中繼端r2的協(xié)助下發(fā)送信息給 同一目的端d。采用嚴(yán)格自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼中繼方法，目的端接收的信息只能構(gòu)成碼率為3/4的卷 積碼，而采用本發(fā)明提出的中繼方法，中繼^也參與第2時(shí)隙的協(xié)作，則目的端接收的信息 可以構(gòu)成碼率為3/5的卷積碼，相比前者可以獲得更好的性能。圖7為實(shí)施例3中的網(wǎng)絡(luò)模型采用本發(fā)明協(xié)作中繼方法與嚴(yán)格自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼中 繼方法誤碼率性能曲線比較圖。仿真模型如圖5和圖6中所示。由于參與中繼轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)隙的 中繼個(gè)數(shù)不同，為了保證比較具備公平性，設(shè)圖5中參與中繼轉(zhuǎn)發(fā)的每個(gè)中繼的信號(hào)發(fā)射 比特功率為E，而圖6參與中繼轉(zhuǎn)發(fā)的中繼的信號(hào)發(fā)射比特功率為2E。仿真中采用嚴(yán)格自適
應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼中繼方法，目的端接收到的信息構(gòu)成的卷積碼的生成矩陣為
而采用本發(fā)明的中繼方法，生成矩陣
。圖7表明，本發(fā)明自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編
碼協(xié)作中繼方法的性能曲線A4具有更好的分集增益性能，在誤碼率為10_4的條件下，本發(fā) 明方法相對(duì)于嚴(yán)格自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼中繼方法的性能曲線E有Idb以上的性能提高。上述實(shí)施例證明采用本發(fā)明自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作中繼方法能有效地抵抗無(wú)線 鏈路衰落特性和變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)的誤碼率，可保證穩(wěn)定的額外分集增益為 min (LK+1, dfree)。
權(quán)利要求
一種自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作中繼方法，設(shè)在一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)小區(qū)中，有M個(gè)源端sm、N個(gè)中繼端rn和一個(gè)目的端d，m＝1，2...M，n＝1，2...N；源端先廣播信息給目的端，中繼端偵聽(tīng)到源端發(fā)送的信息后協(xié)助源端轉(zhuǎn)發(fā)偵聽(tīng)到的信息給目的端，目的端合并來(lái)自于源端和中繼端的信息；其特征在于分以下兩個(gè)時(shí)隙階段進(jìn)行步驟1在第1時(shí)隙，M個(gè)源端分別將其要發(fā)送的信息與生成多項(xiàng)式gm卷積，m＝1，2...M，所述生成多項(xiàng)式gm為源端sm對(duì)應(yīng)的一個(gè)編碼器沖擊響應(yīng)，用矢量表示為gm＝(a0 a1...al)，源端sm對(duì)其要發(fā)送的信息卷積的結(jié)果為其中v為卷積對(duì)應(yīng)的gm的位數(shù)減去1，∑表示模2和；然后通過(guò)正交信道發(fā)送卷積后的信息比特給目的端，其中正交信道通過(guò)時(shí)分、頻分或者擴(kuò)頻正交碼來(lái)實(shí)現(xiàn)；此時(shí)中繼端偵聽(tīng)的信息為 <mrow><msub> <mi>Y</mi> <mi>sr</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>H</mi> <mi>sr</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>Repmat</mi><mrow> <mo>(</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn></mrow><mi>v</mi> </munderover> <msub><mi>x</mi><mi>s</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>i</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>·</mo> <mi>g</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>N</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>W</mi> <mi>r</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mo>=</mo><msub> <mi>H</mi> <mi>sr</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>Repmat</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>x</mi><mi>s</mi><mo>′</mo> </msubsup> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>N</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>W</mi> <mi>r</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>與此同時(shí)目的端接收到的信息為 <mrow><msub> <mi>y</mi> <mi>sd</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>h</mi> <mi>sd</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mrow> <mo>(</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn></mrow><mi>v</mi> </munderover> <msub><mi>x</mi><mi>s</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>i</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>·</mo> <mi>g</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>i</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>w</mi> <mi>d</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mo>=</mo><msub> <mi>h</mi> <mi>sd</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msubsup> <mi>x</mi> <mi>s</mi> <mo>′</mo></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>w</mi> <mi>d</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中源端到中繼端的鏈路系數(shù)矩陣為第k時(shí)刻源端sm到中繼端rn的鏈路衰落系數(shù)；源端發(fā)送的信息組合向量xs(k)＝0，k≤0，為源端sm在第k時(shí)刻發(fā)送的比特，Repmat(a，m，n)表示把向量a拓展成m行n列分塊矩陣，該分塊矩陣每個(gè)元素都為向量a；源端到目的端的鏈路系數(shù)向量為第k時(shí)刻源端sm到目的端d的鏈路衰落系數(shù)；生成多項(xiàng)式比特組合向量g(i)＝[g1(i) g2(i)...gM(i)]，gm(i)為源端sm使用的生成多項(xiàng)式的第i比特；中繼端上白噪聲矩陣為第k時(shí)刻中繼端rn上的白噪聲，目的端上的白噪聲向量wd(k)＝[wd(k)wd(k)…wd(k)]，wd(k)為第k時(shí)刻目的端d上的白噪聲；其中上述符號(hào)中黑體小寫加粗字母表示行向量，黑體大寫加粗字母表示矩陣，·表示點(diǎn)乘，表示異或，∑表示模2和；步驟2在第2時(shí)隙，設(shè)在該時(shí)隙內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，通過(guò)循環(huán)冗余校驗(yàn)碼校驗(yàn)，正確譯出P個(gè)源端的信息的中繼數(shù)為L(zhǎng)，P＞0，第1個(gè)中繼能夠正確譯出pl個(gè)源端的信息x′s，pi＜pl，i＜l≤L，0＜pl≤M，依據(jù)xs(k)＝0，k≤0和生成多項(xiàng)式向量g，通過(guò)反卷積把源端的信息組合向量xs恢復(fù)至其估計(jì)量中繼依據(jù)當(dāng)前具備轉(zhuǎn)發(fā)資格的中繼個(gè)數(shù)的自適應(yīng)地對(duì)正確接收到的各源端的信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，具體為L(zhǎng)個(gè)中繼將正確接收到的各源端的信息分別對(duì)生成多項(xiàng)式向量相應(yīng)的多項(xiàng)式卷積，即第1個(gè)中繼rl將正確接收到的第m個(gè)源端sm發(fā)送的信息與中的生成多項(xiàng)式卷積，其中m≤pl，然后L個(gè)中繼分別對(duì)其卷積后的pl行不同源端的信息比特進(jìn)行異或，l＝1，2...L，最后轉(zhuǎn)發(fā)給目的端，則目的端接收到的信息為其中表示GF(2)域上的乘法，為M行N列矩陣，為第1個(gè)中繼rl接收到的信息中的第m個(gè)源端sm發(fā)送的信息的卷積對(duì)象，目的端在2時(shí)隙內(nèi)接收到的信息構(gòu)成碼率為M/(M+L)，生成矩陣為的卷積碼；源端和中繼端使用的生成多項(xiàng)式采用具有上式特征的最佳卷積碼的生成矩陣?yán)锏纳啥囗?xiàng)式。FSA00000122519300011.tif,FSA00000122519300012.tif,FSA00000122519300013.tif,FSA00000122519300018.tif,FSA00000122519300019.tif,FSA000001225193000110.tif,FSA000001225193000111.tif,FSA000001225193000112.tif,FSA000001225193000113.tif,FSA00000122519300021.tif,FSA00000122519300022.tif,FSA00000122519300023.tif,FSA00000122519300024.tif,FSA00000122519300025.tif,FSA00000122519300026.tif,FSA00000122519300027.tif,FSA00000122519300028.tif,FSA00000122519300029.tif,FSA000001225193000210.tif,FSA000001225193000211.tif,FSA000001225193000212.tif,FSA000001225193000213.tif,FSA000001225193000214.tif,FSA00000122519300031.tif,FSA00000122519300032.tif
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作中繼方法，特征是在一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)小區(qū)中，M個(gè)源端在N個(gè)中繼協(xié)作下發(fā)送信息給同一個(gè)目的端，在第1時(shí)隙，各源端分別將其要發(fā)送的大小為K比特的信息包與相應(yīng)的生成多項(xiàng)式卷積，然后通過(guò)正交信道廣播給目的端；在第2時(shí)隙，依據(jù)當(dāng)前具備至少能無(wú)誤地譯出一個(gè)源端的信息的協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)條件的中繼數(shù)目L，L個(gè)中繼自適應(yīng)地對(duì)其正確接收到的各源端的信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，然后轉(zhuǎn)發(fā)給目的端，使目的端在兩時(shí)隙內(nèi)接收的信息構(gòu)成碼率為M/(L+M)的卷積碼，其自由度為dfree。采用本發(fā)明方法能有效地抵抗無(wú)線鏈路衰落特性和變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)的誤碼率，保證穩(wěn)定的額外分集增益為min(LK+1，dfree)。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101848060SQ20101017601
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者李輝, 淦明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)