專利名稱：中繼系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中繼系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法，通過在接收端對直接由發(fā) 送端傳送過來的數(shù)據(jù)以及中繼節(jié)點傳送過來的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)聯(lián)合迭代譯碼，來獲得 中繼系統(tǒng)的分集增益以及各譯碼器之間軟信息交換聯(lián)合迭代譯碼所帶來的譯碼數(shù)據(jù)可靠性的 提高，進(jìn)而提高系統(tǒng)傳輸性能。本發(fā)明可以應(yīng)用于多接入中繼系統(tǒng)以及與其類似的存在中繼 節(jié)點的通信系統(tǒng)等等。
背景技術(shù)：
近年來，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)逐漸成為通信領(lǐng)域的熱點，主要是因為網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)能夠很好的 改善系統(tǒng)的吞吐量性能，并且將其應(yīng)用于中繼系統(tǒng)中還可以帶來分集增益，與此同時并沒有 增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，相比于傳統(tǒng)的中繼方案在中繼節(jié)點處通過一定的處理方法反而會降低處 理復(fù)雜度。在傳統(tǒng)的無線信道傳輸中， 一定的信道編碼方案是必須的，中繼系統(tǒng)也不例外， 一般情況下信道編碼與網(wǎng)絡(luò)編碼均獨立進(jìn)行操作，通過信道編碼方案引入一定的冗余信息來 提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃裕ㄟ^網(wǎng)絡(luò)編碼方案來提高系統(tǒng)的吞吐量或者引入一定的分集增益。 一些簡單的聯(lián)合解決方案也只是在中繼節(jié)點處進(jìn)行以降低中繼節(jié)點的處理復(fù)雜度，并沒有帶 來太多的系統(tǒng)性能方面的提升，諸如誤碼率以及吞吐量性能等等。

發(fā)明內(nèi)容
為了更好的利用網(wǎng)絡(luò)編碼所帶來的有效性以及信道編碼所帶來的可靠性，本發(fā)明提出了 一種網(wǎng)絡(luò)與信道編碼聯(lián)合迭代譯碼的方法。其基本原則是利用信道編碼軟輸入軟輸出的譯碼 特性，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼所傳遞信息的特殊性，實現(xiàn)兩者軟信息相互交換的迭代譯碼過程。在中 繼節(jié)點處對若干個(不妨設(shè)為N)輸入源的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼處理，形成一路數(shù)據(jù)發(fā)送出去， 在接收端對直接傳送的N路數(shù)據(jù)信息以及一路經(jīng)過中繼節(jié)點網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)信息一同處理。 在實現(xiàn)的過程中原始數(shù)據(jù)信息以及網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)信息均經(jīng)過信道編碼后傳送過來，并且 需要信道譯碼采用的是迭代的軟輸入軟輸出的譯碼方式，在接收端分別進(jìn)行第一次的譯碼， 然后將譯碼輸出的軟信息輸入到校驗節(jié)點處進(jìn)行一系列的計算，從而得出各自新的軟信息， 與原始的外信息合并后送入到初始譯碼器中進(jìn)行第二次的迭代譯碼。重復(fù)這一過程，直到達(dá)
到設(shè)定的迭代次數(shù)。本發(fā)明具體的實現(xiàn)步驟是
步驟l:在中繼節(jié)點處，對N路輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行信道譯碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、信道編碼處理，生 成一路組合后的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
步驟2:在接收端對直接傳送的N路數(shù)據(jù)以及一路經(jīng)過中繼節(jié)點網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)信息 分別進(jìn)行一次信道譯碼操作，即一次處理N+1路數(shù)據(jù)。將各個譯碼器第一次譯碼后得到的軟 信息數(shù)值送入到校驗節(jié)點處進(jìn)行一系列的運算，即利用其中的任意N路軟信息生成一路新的 與原始信息相獨立的軟信息，從而得到N+1路新的軟信息數(shù)值。
步驟3:將N+1路新的軟信息與自身譯碼器第一次譯碼得到的外信息相加合并，再送入
到譯碼器輸入端作為第二次譯碼的先驗信息。
步驟4:重復(fù)步驟2、步驟3，直到達(dá)到預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)為止。
步驟5:達(dá)到特定的迭代次數(shù)后，停止迭代，對N路直接傳送數(shù)據(jù)譯碼器輸出的軟信息
進(jìn)行硬判決，從而得到原始傳送的數(shù)據(jù)信息。


結(jié)合以下附圖以及具體實例對發(fā)明所做的詳細(xì)描述將便于理解發(fā)明的原理、步驟、特點，
附圖中
圖1是表示本發(fā)明在N路接入中繼系統(tǒng)示例中的傳輸模型；
圖2是表示本發(fā)明中中繼節(jié)點的數(shù)據(jù)處理過程示意圖，以產(chǎn)生N路數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)編碼后相組 合的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而由中繼節(jié)點發(fā)送出去；
圖3是表示本發(fā)明在接收端的處理情況示意圖，N+l路數(shù)據(jù)同時進(jìn)行處理，包含了迭代譯碼以及校驗節(jié)點之間軟信息的交換過程。
圖4是表示經(jīng)過本發(fā)明中網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼過程處理的其中一路數(shù)據(jù)誤比特率、 誤幀率性能示意圖，以及經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)與信道編碼分離處理的中繼系統(tǒng)所得到的數(shù)據(jù)誤比特率、 誤幀率示意圖，從中可以看出二者的性能對比關(guān)系，其中橫坐標(biāo)表示的是接收端的信噪比。
具體實施例方式
無線通信中存在中繼節(jié)點的傳送模型范圍比較廣泛，為了便于理解，在此使用一種有代 表性的例子來闡述本發(fā)明中網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合迭代譯碼方法，即兩路接入中繼系統(tǒng)下采 用Turbo信道編碼和異或網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的無線傳輸模型。本發(fā)明對于所有具有這個示例特征 的傳輸系統(tǒng)普遍適用，即同樣適用于多路接入、多路網(wǎng)絡(luò)編碼以及采用其他迭代譯碼的信道 編碼方式的中繼傳輸系統(tǒng)。
在此設(shè)定兩路發(fā)送數(shù)據(jù)分別為A路和B路，經(jīng)過中繼節(jié)點網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)為C路，在 發(fā)送時，A和B路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行調(diào)制、Turbo編碼后直接發(fā)送給接收端，同時也發(fā)送到中繼 節(jié)點處。在中繼節(jié)點處對A、 B兩路數(shù)據(jù)分別解調(diào)、Turbo解碼，再進(jìn)行異或操作，最后再進(jìn) 行調(diào)制、Turbo編碼操作從而得到C路數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給接收端。也就是說C路數(shù)據(jù)是A、 B 兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行異或網(wǎng)絡(luò)編碼操作后得到的信息，從而在接收端得到三路Turbo信道編碼之后 的數(shù)據(jù)信息。
在接^端首先對A、 B、 C三路數(shù)據(jù)分別進(jìn)行解調(diào)以及一次迭代的Turbo譯碼操作，即一 次譯碼后第二個成員譯碼器得到的外信息并不馬上傳回到第一個成員譯碼器的輸入端，而是 將三路譯碼器得到的后驗概率對數(shù)似然比信息(LLR)傳遞到一個校驗節(jié)點處。在此設(shè)定各 路的后驗概率對數(shù)似然比信息分別為LLRa、 LLRb、 LLRc,每一路數(shù)據(jù)中的相對應(yīng)比特取1 的概率分別為Pa、 Pb、 Pc，則取0的概率就分別為1-Pa、 1-Pb、 1-Pe。其中LLR與P的關(guān)系如 下
ln~5_ = U《. (1) 1-g
在校驗節(jié)點處，可以根據(jù)上面的式子將各路譯碼器輸出的LLR值先轉(zhuǎn)換成概率值。接下來由 于C路數(shù)據(jù)是A、 B兩路數(shù)據(jù)信息比特的異或，也就是說三者的信息比特滿足
A+B+C=0，此處涉及到的是比特級的模2加運算 (3) 結(jié)合此式可以利用任意兩路信息的概率值來求得第三路信息比特取1的概率值。設(shè)定通過計 算得到各路信息新的概率值分別為Pa—new、 Pb—new、 Pc—new。可以得到
Pa—new=* + *(l-2g)(l-2尸c) (4) Pb一new4 +會(l-2。(l-2g) (5)
Pc一new二丄+丄(1 —2尸")(l-2g) (6)
則可以結(jié)合(2)、 (4)、 (5)、 (6)式根據(jù)輸入校驗節(jié)點的LLR值計算出新的各路信息比特取
l的概率值。再根據(jù)(1)式將概率值轉(zhuǎn)化為新的LLR值——LLRi—new，其中z'e(a，i^)。進(jìn)
而將新得到的各路LLR值輸送回各個譯碼器中，并與自身第二個成員譯碼器所產(chǎn)生的外信息 相加送入到第一個成員譯碼器中作為下一輪迭代譯碼的先驗信息。
在第二輪迭代譯碼過程中重復(fù)上述過程，直到達(dá)到預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)為止。最后一輪迭代 后將兩路直接傳送數(shù)據(jù)譯碼器輸出的LLR值進(jìn)行硬判決，從而得到原始傳送的數(shù)據(jù)信息。綜合以上可以看出，本發(fā)明所提出的針對中繼系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法具有如 下特點
1. 通過網(wǎng)絡(luò)與信道編譯碼的結(jié)合可以改變傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編碼單純的用來提高系統(tǒng)有效性以及 為中繼系統(tǒng)帶來一定分集增益的局限性，可以利用網(wǎng)絡(luò)編碼所傳遞信息的特殊性為信道 編碼提供更多的譯碼可靠性，進(jìn)而提高系統(tǒng)傳輸性能。
2. 在聯(lián)合譯碼的過程中通過校驗節(jié)點的計算，實現(xiàn)各個譯碼器之間軟信息的相互傳遞，進(jìn)
而達(dá)到迭代譯碼的效果。
3. 在校驗節(jié)點處，通過一定的計算可以得到與自身譯碼器完全不相關(guān)的軟信息，將此新得 到的軟信息與自身譯碼器產(chǎn)生的外信息合并后一起作為先驗信息進(jìn)行下一次的迭代譯 碼，以此獲得更充分的分集增益。
4. 對具體的實現(xiàn)方式不敏感，對于存在中繼節(jié)點以及傳輸過程中采用網(wǎng)絡(luò)編碼與軟輸入軟 輸出迭代信道編譯碼的系統(tǒng)即可采用此方法。
總之，本發(fā)明是一種靈活有效的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方案，其目的是以簡單的結(jié) 構(gòu)和易實現(xiàn)的方法提高中繼系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 權(quán)利要求
1. 一種用于移動通信中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法。為了更好的利用中繼節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)編碼處理所帶來的有效性以及信道編碼所帶來的可靠性，在接收端利用信道編碼軟輸入軟輸出的譯碼特性，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼所傳遞信息的特殊性，同時處理若干個(用N代表)發(fā)送端直接傳送的數(shù)據(jù)以及一路由中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)過來的網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)，在接收端分別進(jìn)行第一次的譯碼，然后將譯碼輸出的軟信息輸入到校驗節(jié)點處進(jìn)行一系列的計算，從而得出各自新的軟信息，再與原始的外信息合并后送入到初始譯碼器中作為先驗信息進(jìn)行第二次的迭代譯碼，達(dá)到一定的迭代次數(shù)后對譯碼器輸出的軟信息進(jìn)行硬判決，從而得到原始的發(fā)送數(shù)據(jù)。該方法的具體實現(xiàn)步驟為步驟1在中繼節(jié)點處，對N路輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行信道譯碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、信道編碼處理，生成一路組合后的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。步驟2在接收端對直接傳送的N路數(shù)據(jù)以及一路經(jīng)過中繼節(jié)點網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)信息分別進(jìn)行一次信道譯碼操作，即一次處理N+1路數(shù)據(jù)。將各個譯碼器第一次譯碼后得到的軟信息數(shù)值送入到校驗節(jié)點處進(jìn)行一系列的運算，即利用其中的任意N路軟信息生成一路新的與原始信息相獨立的軟信息，從而得到N+1路新的軟信息數(shù)值。步驟3將N+1路新的軟信息與自身譯碼器第一次譯碼得到的外信息相加合并，再送入到譯碼器輸入端作為第二次譯碼的先驗信息。步驟4重復(fù)步驟2、步驟3，直到達(dá)到預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)為止。步驟5達(dá)到特定的迭代次數(shù)后，停止迭代，對N路直接傳送數(shù)據(jù)譯碼器輸出的軟信息進(jìn)行硬判決，從而得到原始傳送的數(shù)據(jù)信息。
2. 如權(quán)利要求l中所述的用于中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法，其特征在于在中繼節(jié)點處，同時對若干路數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼操作，進(jìn)而生成一路網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送 給接收端。
3. 如權(quán)利要求1中所述的用于中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法，其中在接收 端對N+1路信道編碼后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行聯(lián)合處理，其中包括N路直接傳送數(shù)據(jù)信息以及一路經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)編碼操作后的數(shù)據(jù)信息。
4. 如權(quán)利要求1中所述的用于中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法，其中在接收 端對N+1路數(shù)據(jù)先進(jìn)行第一次的信道譯碼，將輸出的軟信息輸入到校驗節(jié)點中進(jìn)行運算，其 中的運算方式是利用任意N路數(shù)據(jù)信息計算出一路新的與原始信息相獨立的軟信息。
5. 如權(quán)利要求1中所述的用于中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法，對于校驗節(jié) 點運算之后的軟信息分別與譯碼器第一次譯碼產(chǎn)生的外信息相加合并，再送回到譯碼器的輸 入端，作為先驗信息來進(jìn)行第二次的譯碼。
6. 如權(quán)利要求1中所述的用于中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法，重復(fù)權(quán)利要 求4和權(quán)利要求5中所述的步驟，實現(xiàn)N+ 1路譯碼器軟信息相互交換后的迭代譯碼方式。
7. 如權(quán)利要求1中所述的用于中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法，達(dá)到一定的 迭代次數(shù)后，停止迭代，對N個直接傳送數(shù)據(jù)譯碼器的輸出軟信息直接進(jìn)行硬判決，從而得 到原始的數(shù)據(jù)信息。
8. 如權(quán)利要求1中所述的用于中繼系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的聯(lián)合譯碼方法，其特征在于 其基本實現(xiàn)步驟為步驟I:在中繼節(jié)點處，對N路輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行信道譯碼、網(wǎng)絡(luò)編碼、信道編碼處理，生 成一路組合后的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。步驟2:在接收端對直接傳送的N路數(shù)據(jù)以及一路經(jīng)過中繼節(jié)點網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)信息 分別進(jìn)行一次信道譯碼操作，即一次處理N+1路數(shù)據(jù)。將各個譯碼器第一次譯碼后得到的軟 信息數(shù)值送入到校驗節(jié)點處進(jìn)行一系列的運算，即利用其中的任意N路軟信息生成一路新的 與原始信息相獨立的軟信息，從而得到N+1路新的軟信息數(shù)值。步驟3:將N+1路新的軟信息與自身譯碼器第一次譯碼得到的外信息相加合并，再送入 到譯碼器輸入端作為第二次譯碼的先驗信息。步驟4:重復(fù)步驟2、步驟3，直到達(dá)到預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)為止。步驟5:達(dá)到特定的迭代次數(shù)后，停止迭代，對N路直接傳送數(shù)據(jù)譯碼器輸出的軟信息進(jìn)行硬判決，從而得到原始傳送的數(shù)據(jù)信息。
全文摘要
本發(fā)明提供的技術(shù)用于移動通信中繼系統(tǒng)中，在接收端處對兩路直接到達(dá)信號以及通過中繼節(jié)點傳送過來經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)編碼之后的信號進(jìn)行聯(lián)合迭代譯碼，在這一過程中可以充分獲得中繼系統(tǒng)所帶來的分集增益，并且還能通過譯碼過程中軟信息的交換使得網(wǎng)絡(luò)編碼也可以輔助信道編碼來提高譯碼可靠性。本發(fā)明將中繼傳輸系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)與信道編碼的譯碼過程聯(lián)合起來進(jìn)行，通過引入校驗節(jié)點實現(xiàn)其中軟信息的交換，進(jìn)而提高中繼系統(tǒng)的譯碼可靠性，提高系統(tǒng)傳輸性能。
文檔編號H04L1/00GK101420291SQ20081023898
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者欣 張, 楊大成, 秦曉芳, 東 隋 申請人:北京郵電大學(xué)