專利名稱：一種正交網(wǎng)絡空時編碼方法及中繼傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡編碼技術，尤其涉及正交、分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法及基于所述方法的中繼傳輸系統(tǒng)。
背景技術：
下一代無線移動通信將更多地提供高速率多媒體業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務，而移動信道中的多徑衰落是影響通信質(zhì)量和傳輸速率的最主要的瓶頸之一。利用中繼技術為移動用戶提供額外的分集增益，消除多徑衰落的影響是近年來的研究熱點之一。但在大規(guī)模無線中繼通信網(wǎng)絡中，通常是多個源節(jié)點和多個中繼節(jié)點并存，傳統(tǒng)中繼方案，例如單天線中繼和MIMO中繼等，需要為每個源節(jié)點逐個轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，使傳輸效率隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增加而大幅度下降。
網(wǎng)絡編碼通過對多條輸入鏈路上收到的數(shù)據(jù)信息進行一定的線性或非線性處理(編碼)，可提高網(wǎng)絡吞吐量、減少數(shù)據(jù)包的傳輸次數(shù)、增強網(wǎng)絡的容錯性和魯棒性，在無線中繼通信網(wǎng)絡中，有非常好的應用前景。
隨著網(wǎng)絡中信源數(shù)量的增加，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡編碼應用于無線通信網(wǎng)絡時，采用協(xié)作方式只能獲得1/(N+1)符號/秒/用戶的吞吐量。為解決上述問題，學者T.Wang和G.B.Giannakis在2008年第三期的《通信選題》上發(fā)表文章“多用戶協(xié)作通信系統(tǒng)中的復數(shù)域網(wǎng)絡編碼”。該文指出，作用于物理層上符號操作的復數(shù)域網(wǎng)絡編碼可獲得1/2符號/用戶/符號周期的吞吐量，更適合無線領域。
上述文獻里給出的方法，僅考慮了中繼有一根天線的情況，未考慮中繼有多根天線或有多個中繼節(jié)點的情況，而多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)可綜合利用空間、時間和頻率三維資源，將在未來的移動通信系統(tǒng)中有巨大的應用前景。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種正交網(wǎng)絡空時編碼方法，用于解決包含目的節(jié)點、源節(jié)點和中繼節(jié)點的無線通信網(wǎng)絡中，中繼節(jié)點網(wǎng)絡吞吐量低，分集損失較大的技術問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術方案是這樣實現(xiàn)的 一種正交網(wǎng)絡空時編碼方法，包括步驟如下 步驟A、源節(jié)點向中繼節(jié)點和目的節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息，該步驟需要TSR個符號周期； 步驟B、中繼節(jié)點進行正交網(wǎng)絡空時編碼，并將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送至目的節(jié)點，該步驟需要2個符號周期。
步驟A為源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息階段，如圖1中實線所示，該階段中Ns個源節(jié)點同時向中繼節(jié)點R和目的節(jié)點D廣播數(shù)據(jù)信息，中繼節(jié)點R和目的節(jié)點D在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為ySR(t)和ySD(t)，該階段需要TSR個符號周期。
步驟B為中繼節(jié)點進行正交網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段，如圖1中虛線所示，該階段需要完成中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮、壓縮數(shù)據(jù)空時編碼和空時傳輸五個過程，以下結(jié)合圖2對5個過程進行描述 所述中繼節(jié)點解碼過程為中繼節(jié)點R根據(jù)收到的信號ySR(t)進行最大似然解碼，得到Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量x(t)的估計信息
其中t＝0，1，2，…，TSR-1，是Ns 個源節(jié)點與中繼節(jié)點R之間的信道衰落矩陣。
所述估計信息分組過程為中繼節(jié)點R將第0個符號周期至第TSR-1個符號周期之內(nèi)，所有Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量的估計信息分成兩個
維的列向量，其中第一個向量
包括中繼節(jié)點對Ns個源節(jié)點在第0個符號周期至第
個符號周期內(nèi)發(fā)送信號向量的估計信息，即第二個向量
包括中繼節(jié)點對Ns個源節(jié)點在第
個符號周期至第TSR-1個符號周期內(nèi)發(fā)送信號向量的估計信息，即 所述估計信息壓縮過程為將所述估計信息分組過程中得到的
維的列向量
壓縮成一個復信號，即將
維的單位復行向量Pj左乘列向量
得到
其中Pj為網(wǎng)絡編碼權值，目的是將
維的列向量
壓縮成一個復信號，提高網(wǎng)絡編碼的吞吐量；將所述估計信息分組過程中得到的
維的列向量
壓縮成一個復信號，即將
維的單位復行向量Pj左乘列向量
得到
所述壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程為將在所述估計信息壓縮過程中得到的信號
和
構(gòu)成一個2×2矩陣，其中該2×2矩陣第一行第一列的元素為
該2×2矩陣第一行第二列的元素為
該2×2矩陣第二行第一列的元素是
的負共軛，即
該2×2矩陣第二行第二列的元素是
的共軛，即
該2×2矩陣如下所示 所述空時傳輸過程為將所述2×2矩陣分別由中繼節(jié)點的兩根天線在兩個符號周期內(nèi)發(fā)送出去，其中所述2×2矩陣的第一行的兩個信號由中繼節(jié)點的兩根天線在第TSR個符號周期發(fā)送至目的節(jié)點，即第一根天線在第TSR個符號周期發(fā)送信號
第二根天線在第TSR個符號周期發(fā)送信號
該2×2矩陣的第二行的兩個信號由中繼節(jié)點的兩根天線在TSR+1個符號周期發(fā)送至目的節(jié)點，即第一根天線在第TSR+1個符號周期發(fā)送信號
第二根天線在第TSR+1個符號周期發(fā)送信號
本發(fā)明的另一目的是提供一種基于正交網(wǎng)絡空時編碼方法的正交網(wǎng)絡空時編碼中繼傳輸系統(tǒng)，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術方案是這樣實現(xiàn)的 一種正交網(wǎng)絡空時編碼中繼傳輸系統(tǒng)，包括目的節(jié)點、源節(jié)點和中繼節(jié)點，其特征在于 源節(jié)點用于在TSR個符號周期將數(shù)據(jù)信息廣播給中繼節(jié)點和目的節(jié)點； 中繼節(jié)點用于對接收到的數(shù)據(jù)信息進行正交網(wǎng)絡空時編碼并將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給目的節(jié)點，所述中繼節(jié)點在兩個符號周期內(nèi)完成中繼節(jié)點解碼過程、估計信息分組過程、估計信息壓縮過程、壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程和空時傳輸過程五個過程。
所述正交網(wǎng)絡空時編碼中繼傳輸系統(tǒng)中處理步驟同正交網(wǎng)絡空時編碼方法。
由于本發(fā)明將中繼節(jié)點在TSR個符號周期內(nèi)的估計信號，分成兩組進行網(wǎng)絡空時編碼，并在兩個符號周期內(nèi)發(fā)送完成，吞吐量可以達到TSR/(TSR+2)符號/用戶/符號周期，吞吐量隨TSR的增加而提高，這是傳統(tǒng)中繼協(xié)作通信無法達到的。
如圖7所示，當有一個目的節(jié)點，多個源節(jié)點，每個源節(jié)點有一根天線，有兩個中繼節(jié)點且兩個中繼節(jié)點都只有一個天線時，構(gòu)成分布式的中繼網(wǎng)絡，在分布式中繼網(wǎng)絡的情況下，需要對各中繼節(jié)點進行功率控制，本發(fā)明的另一目的是提供一種分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術方案是這樣實現(xiàn)的 步驟A、源節(jié)點向中繼節(jié)點和目的節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息，該步驟需要TS個符號周期； 步驟B、中繼節(jié)點R1和R2進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼，并將編碼數(shù)據(jù)傳送至目的節(jié)點，該步驟需要兩個符號周期。
步驟A即源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息階段，是Ns個源節(jié)點同時向中繼節(jié)點R1、R2和目的節(jié)點D廣播數(shù)據(jù)信息，其中Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量記為中繼節(jié)點R1和R2在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為
和
目的節(jié)點D在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為ySD(t)，該階段需要TS個符號周期。
步驟B即中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段，需要完成中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮、中繼節(jié)點功率控制和壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼傳輸五個過程。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，中繼節(jié)點解碼過程是中繼節(jié)點R1和R2根據(jù)收到的信號
和
分別進行最大似然解碼，中繼節(jié)點R1解碼得到的Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量的估計信息記為
中繼節(jié)點R2解碼得到的Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量的估計信息記為
估計信息
和
通過如下兩個公式計算 其中
是Ns個源節(jié)點與中繼節(jié)點R1之間的信道衰落矩陣，
是Ns個源節(jié)點與中繼節(jié)點R2之間的信道衰落矩陣。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，估計信息分組過程是中繼節(jié)點R1和R2分別對各自解碼得到的Ns個源節(jié)點發(fā)送的信號向量的估計信息
和
進行分組，從而分別得到兩個
維的列向量。
中繼節(jié)點R1將TS個符號周期內(nèi)的估計信號
分成兩部分 中繼節(jié)點R2將TS個符號周期內(nèi)的估計信號
分成兩部分 所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，估計信息壓縮過程是中繼節(jié)點R1和R2利用
維單位復行向量Pi，分別對上述四個
維的列向量
和
進行壓縮，即中繼節(jié)點R1將
維的單位復行向量Pi分別左乘列向量
和
得到
和
中繼節(jié)點R2將
維的單位復行向量Pi分別左乘列向量
和
得到
和
其中Pi為網(wǎng)絡編碼權值。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，中繼節(jié)點的功率控制過程是中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2根據(jù)NS個源節(jié)點所采取的調(diào)制方式，以及源節(jié)點與中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2之間的信道衰落矩陣
和
分別計算出中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2與NS個源節(jié)點之間的歐式距離
和
并根據(jù)
和
確定中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2上的功率控制因子p1和p2。
歐氏距離dSR，min的計算公式為 其中，
為第i個源節(jié)點到第j個中繼節(jié)點D之間的信道沖激響應，θi為第i個源節(jié)點相位響應，xi(t)為第i個源節(jié)點可能發(fā)送的符號， x′i(t)為第i個源節(jié)點可能發(fā)送的另一個符號。
所述功率控制因子p1和p2根據(jù)信道衰落矩陣的變化特性有以下兩種確定方法 方法一，信道衰落矩陣為變化比較緩慢的準靜態(tài)矩陣，則所述功率控制因子的計算方式為 其中，pn為第n個中繼節(jié)點的功率控制因子，
為信源到第n個中繼節(jié)點之間的歐氏距離，
為信源到第n個中繼節(jié)點之間信道沖激響應的方差，
為第n個中繼節(jié)點到目的節(jié)點D之間的信道沖激響應，
為第n個中繼節(jié)點到目標節(jié)點之間信道沖激響應的方差。
通過上述公式可知，所述p1和p2為 和 方法二，信道衰落矩陣變化相對較快，，則所述功率控制因子的計算方式為 其中，pn為第n個中繼節(jié)點的功率控制因子，
為信源到第n個中繼節(jié)點之間的歐氏距離，
為信源到第n個中繼節(jié)點之間信道沖激響應的方差，
為第n個中繼節(jié)點到目標節(jié)點之間信道沖激響應的方差。
通過上述公式可知，所述p1和p2為 和 所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼傳輸過程是中繼節(jié)點R1和R2利用各自的壓縮數(shù)據(jù)
和
以及上述功率控制因子p1和p2，按照正交空時編碼矩陣進行傳輸，即中繼節(jié)點R1在第TS個符號周期和第TS+1個符號周期分別發(fā)送信號
和
中繼節(jié)點R2在第TS個符號周期和第TS+1個符號周期分別發(fā)送信號
和
根據(jù)中繼節(jié)點R1和R2在第TS個符號周期和第TS+1個符號周期的傳輸信號，可構(gòu)成如下2×2分布式空時編碼矩陣 本發(fā)明的另一目的是提供一種基于分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法的分布式正交網(wǎng)絡空時編碼中繼傳輸系統(tǒng)，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術方案是這樣實現(xiàn)的 一種分布式正交網(wǎng)絡空時編碼中繼傳輸系統(tǒng)，包含目的節(jié)點、源節(jié)點和中繼節(jié)點，其特征在于 源節(jié)點用于在TSR個符號周期將數(shù)據(jù)信息廣播給中繼節(jié)點和目的節(jié)點； 中繼節(jié)點用于對接收到的數(shù)據(jù)信息進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼并將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給目的節(jié)點，所述中繼節(jié)點在兩個符號周期內(nèi)完成中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮、中繼節(jié)點功率控制和壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼傳輸五個過程。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼中繼傳輸系統(tǒng)中處理步驟同分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法。
由于該方案將Ns個用戶在Ts個時隙內(nèi)的發(fā)送數(shù)據(jù)，在中繼節(jié)點通過網(wǎng)絡編碼和分布式空時碼，在兩個時隙內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)完畢，因而該方案的吞吐量為Ts/(Ts+2)符號/用戶/時隙，當源節(jié)點數(shù)Ts＞2時，吞吐量大于現(xiàn)有復數(shù)域網(wǎng)絡編碼的吞吐量。另外，當Ts趨向于無窮大時，該方案的吞吐量趨近于1符號/用戶/符號周期。
圖1為本發(fā)明包括多源節(jié)點，一個中繼節(jié)點，一個目的節(jié)點情況下的無線通信網(wǎng)絡模型； 圖2是本發(fā)明技術方案原理結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明實施例1原理結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明實施例1的性能曲線； 圖5是本發(fā)明實施例2原理結(jié)構(gòu)圖； 圖6是本發(fā)明實施例1和實施例2的性能比較曲線； 圖7是本發(fā)明實施例3的原理結(jié)構(gòu)圖； 圖8是本發(fā)明實施例3的性能仿真圖； 圖9是本發(fā)明實施例4的原理結(jié)構(gòu)圖； 圖10是本發(fā)明實施例4的性能仿真圖。
具體實施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下舉實施例并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
實施例1 參照圖3，這里TSR＝2，本發(fā)明提供的正交網(wǎng)絡空時編碼方法，分成兩個階段完成，第一個階段是源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息階段，該階段需要TSR＝2個符號周期，第二個階段是中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段，該階段需要兩個符號周期。
所述的源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息階段，是Ns個源節(jié)點同時向中繼節(jié)點R和目的節(jié)點D廣播發(fā)送信息，其中中繼節(jié)點R和目的節(jié)點D在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為ySR(t)和ySD(t)，該階段需要TSR＝2個符號周期。
所述的中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段，需要完成中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮和壓縮數(shù)據(jù)空時編碼和空時傳輸五個過程。
所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，中繼節(jié)點解碼過程是中繼節(jié)點R根據(jù)收到的信號ySR(t)進行最大似然解碼，得到Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量x(t)的估計信息
其中
t＝0，1，
是Ns個源節(jié)點與中繼節(jié)點R之間的信道衰落矩陣，arg min表示最大似然譯碼。
所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，估計信息分組過程是中繼節(jié)點R將第0個符號周期內(nèi)，所有Ns個源節(jié)點發(fā)送信號的估計值分成兩個
維的列向量，其中第一個向量
包括中繼節(jié)點對Ns個源節(jié)點在第0個符號周期內(nèi)發(fā)送信號的估計值，即
第二個向量
包括中繼節(jié)點對Ns個源節(jié)點在第
個符號周期內(nèi)發(fā)送信號的估計值，即
所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，估計信息壓縮過程是將上述
維的列向量
壓縮成一個復信號，即將
維的單位復行向量P2左乘列向量
得到
將上述
維的列向量
壓縮成一個復信號，即將
維的單位復行向量P2左乘列向量
得到
所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程是將上述壓縮得到的信號
和
構(gòu)成一個2×2矩陣，其中該2×2矩陣第一行第一列的元素為
該2×2矩陣第一行第二列的元素為
該2×2矩陣第二行第一列的元素是
的負共軛，即
該2×2矩陣第二行第二列的元素是
的共軛，即
如下式所示 所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，空時傳輸過程是將所述2×2矩陣分別由中繼節(jié)點的兩根天線在兩個符號周期內(nèi)發(fā)送出去，其中所述2×2矩陣的第一行的兩個信號由中繼節(jié)點的兩根線在第TSR＝2個符號周期內(nèi)發(fā)送至目的節(jié)點，即第一根天線在第TSR＝2個符號周期內(nèi)發(fā)送信號
第二根天線在第TSR＝2個符號周期內(nèi)發(fā)送信號
該2×2矩陣的第二行的兩個信號由中繼節(jié)點的兩根天線在第TSR+1＝3個符號周期內(nèi)發(fā)送至目的節(jié)點，即第一根天線在第TSR+1＝3個符號周期內(nèi)發(fā)送信號
第二根天線在第TSR+1＝3個符號周期內(nèi)發(fā)送信號
在本實施例中，向量P2選擇如下 由于TSR＝2，本實施例所示方案的吞吐量是
符號/用戶/符號周期。
圖4給出了采用本實施例的仿真曲線，以及與復數(shù)域協(xié)作網(wǎng)絡編碼的性能比較。其中縱坐標為誤符號率，橫坐標為每個符號上的信噪比。本發(fā)明方案和復數(shù)域網(wǎng)絡編碼方案均采用BPSK調(diào)制，吞吐量均為1/2符號/用戶/符號周期。由圖可看出，在SER＝10-4時，本發(fā)明提供的方案比復數(shù)域網(wǎng)絡編碼方案有5dB的增益。另外，在相同吞吐量的情況下，本發(fā)明提供的方案可以獲得額外的分集增益，這主要是由于本方案的中繼節(jié)點在檢測源節(jié)點的數(shù)據(jù)信息時，可以采用最大比合并的方法，相比于兩個中繼節(jié)點的復數(shù)域網(wǎng)絡編碼方案，可獲得額外的接收分集增益。
實施例2 參照圖5，這里TSR＝4，本發(fā)明提供的正交網(wǎng)絡空時編碼方法，分成兩個階段完成，共需TSR+2個符號周期，其中第一個階段是源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息，該階段需要TSR＝4個符號周期，第二個階段是中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸，該階段需要兩個符號周期。
所述的源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息階段，是Ns個源節(jié)點同時向中繼節(jié)點R和目的節(jié)點D廣播發(fā)送信息，其中中繼節(jié)點R和目的節(jié)點D在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為ySR(t)和ySD(t)，該階段需要TSR＝2個符號周期。
所述的中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段，需要完成中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮和壓縮數(shù)據(jù)空時傳輸和空時傳輸五個過程。
所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，中繼節(jié)點解碼過程是中繼節(jié)點R根據(jù)收到的信號ySR(t)進行最大似然解碼，得到Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量x(t)的估計信息
其中
其中t＝0，1，2，3。
所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，估計信息分組過程是中繼節(jié)點R將第0個符號周期至第TSR-1＝3個符號周期內(nèi)，所有Ns個源節(jié)點發(fā)送信號的估計值分成兩個
維的列向量，其中第一個向量
包括中繼節(jié)點對Ns個源節(jié)點在第0個符號周期至第
個符號周期內(nèi)發(fā)送信號的估計值，即
第二個向量
包括中繼節(jié)點對Ns個源節(jié)點在第
個符號周期至第
個符號周期內(nèi)發(fā)送信號的估計值，即 所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，估計信息壓縮過程是將上述
維的列向量
壓縮成一個復信號，即將
維的單位復行向量P3左乘列向量
得到
將上述
維的列向量
壓縮成一個復信號，即將
維的單位復行向量P3左乘列向量
得到
所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程是將上述壓縮得到的信號
和
構(gòu)成一個2×2矩陣，其中該2×2矩陣第一行第一列的元素為
該2×2矩陣第一行第二列的元素為
該2×2矩陣第二行第一列的元素是
的負共軛，即
該2×2矩陣第二行第二列的元素是
的共軛，即
如下式所示 所述中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段中，空時傳輸過程是將所述2×2矩陣分別由中繼節(jié)點的兩根天線在兩個符號周期內(nèi)發(fā)送出去，其中所述2×2矩陣的第一行的兩個信號由中繼節(jié)點的兩根線在第TSR＝4個符號周期內(nèi)發(fā)送至目的節(jié)點，即第一根天線在第TSR＝4個符號周期內(nèi)發(fā)送信號
第二根天線在第TSR＝4個符號周期內(nèi)發(fā)送信號
該2×2矩陣的第二行的兩個信號由中繼節(jié)點的兩根天線在第TSR+1＝5個符號周期內(nèi)發(fā)送至目的節(jié)點，即第一根天線在第TSR+1＝5個符號周期發(fā)送信號
第二根天線在第TSR+1＝5個符號周期發(fā)送信號
在本實施例中，1×2NS維向量P3選擇如下 由于TSR＝4，本實施例提供方案的吞吐量是
符號/用戶/符號周期。
圖6給出了本發(fā)明方案在不同吞吐量下的性能比較曲線，其中縱坐標為誤符號率，橫坐標為每個符號上的信噪比，可看出，隨著吞吐量的增加，網(wǎng)絡空時編碼的性能略有下降，但不同的吞吐量情況下的分集增益沒有明顯變化。
另外，針對該方案不同的功控方式，還提供了實施例3和實施例4。
實施例3 圖7為有Ns個源節(jié)點，有兩個中繼節(jié)點的分布式中繼網(wǎng)絡示意圖，當Ts＝2時，分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法的步驟分兩個階段完成，共需TS+2＝4個符號周期。
第一個階段是源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息，該階段需要TS＝2個符號周期； 第二個階段是中繼節(jié)點R1和R2進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼傳輸，該階段需要兩個符號周期。
所述的源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息階段，是Ns個源節(jié)點同時向中繼節(jié)點R1，R2和目的節(jié)點D廣播發(fā)送信息，其中Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量記為
中繼節(jié)點R1和R2在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為
和
目的節(jié)點D在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為ySD(t)，該階段需要TS個符號周期，t＝0，1。
所述的中繼節(jié)點R1和R2進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段，需要完成中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮、中繼節(jié)點功率控制和壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼傳輸五個過程。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，中繼節(jié)點解碼過程是中繼節(jié)點R1和R2根據(jù)收到的信號
和
分別進行最大似然解碼，中繼節(jié)點R1解碼得到的Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量的估計信息記為
中繼節(jié)點R2解碼得到的Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量的估計信息記為
t＝0，1。估計信息
和
用如下兩個公式計算 其中
是Ns個源節(jié)點與中繼節(jié)點R1之間的信道衰落矩陣，
是Ns個源節(jié)點與中繼節(jié)點R2之間的信道衰落矩陣。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，估計信息分組過程是中繼節(jié)點R1和R2根據(jù)在TS個符號周期內(nèi)Ns個源節(jié)點的估計信息，分別分組得到兩個
維的列向量
和
中繼節(jié)點R1將TS＝2個符號周期內(nèi)的估計信號
和
分成兩部分和 中繼節(jié)點R2將TS＝2個符號周期內(nèi)的估計信號
和
分成兩部分和 所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，估計信息壓縮過程是中繼節(jié)點R1和R2利用
維單位復行向量P2，分別對上述四個
維的列向量
和
進行壓縮，即中繼節(jié)點R1將
維的單位復行向量P2分別左乘列向量
和
得到
和
中繼節(jié)點R2將
維的單位復行向量P2分別左乘列向量
和
得到
和
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，中繼節(jié)點功率控制過程是中繼節(jié)點Ri根據(jù)NS個源節(jié)點所采取的調(diào)制方式，以及源節(jié)點與中繼節(jié)點Rj之間的信道衰落矩陣
計算歐式距離
和
并根據(jù)
和
確定中繼節(jié)點R1和R2上的功率控制因子p1和p2。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，功率控制因子p1和p2根據(jù)信道衰落矩陣的變化特性有以下兩種確定方法 方法一，信道衰落矩陣是準靜態(tài)的，即變化比較緩慢，功率控制因子p1和p2為 和 方法二，信道衰落矩陣變化相對較快，功率控制因子p1和p2為 和 其中歐氏距離
的計算公式為 所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼是中繼節(jié)點R1和R2利用各自的壓縮數(shù)據(jù)
和
以及上述功率控制因子p1和p2，按照正交空時編碼矩陣進行傳輸，即中繼節(jié)點R1在第TS＝2個符號周期和第TS+1＝3個符號周期分別發(fā)送信號
和
中繼節(jié)點R2在第TS＝2個符號周期和第TS+1＝3個符號周期分別發(fā)送信號
和
根據(jù)中繼節(jié)點R1和R2在第TS＝2個符號周期和第TS+1＝3個符號周期的傳輸信號，可構(gòu)成如下2×2分布式空時編碼矩陣 本實施例中，中繼節(jié)點在TS＝2個符號周期內(nèi)的估計信號，分別由兩組不同的向量進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼，并在兩個符號周期內(nèi)發(fā)送完成，吞吐量可以達到TS/(TS+2)＝1/2符號/用戶/時隙。
本實施例中，選擇的
維的單位復行向量P2網(wǎng)絡編碼向量為 圖8給出了本實施例采用BPSK調(diào)制時的仿真曲線，其中縱坐標為誤符號率，橫坐標為每個符號上的信噪比，圖中(2，2，1)表示有兩個源節(jié)點、兩個中繼節(jié)點和一個目的節(jié)點，且每個節(jié)點有一根天線，吞吐量為1/2符號/用戶/符號周期。由圖4可看出，在相同吞吐量的情況下，基于功率控制算法1的分布式正交網(wǎng)絡空時編碼可獲得最好的性能，在誤符號率SER＝10-4時，本發(fā)明提供的基于功率控制算法1的編碼方案有接近5dB的增益，基于功率控制算法2的編碼方案有接近4dB的增益。
實施例4 圖9為有Ns個源節(jié)點，有兩個中繼節(jié)點的分布式中繼網(wǎng)絡示意圖，當Ts＝4時，分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法的步驟分兩個階段完成，共需TS+2＝6個符號周期。
第一個階段是源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息，該階段需要TS＝4個符號周期； 第二個階段是中繼節(jié)點R1和R2進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼傳輸，該階段需要兩個符號周期。
所述的源節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息階段，是Ns個源節(jié)點同時向中繼節(jié)點R1，R2和目的節(jié)點D廣播發(fā)送信息，其中Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量記為
中繼節(jié)點R1和R2在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為
和
目的節(jié)點D在第t個符號周期內(nèi)收到的信號分別記為ySD(t)，該階段需要TS個符號周期，t＝0，1，2，3。
所述的中繼節(jié)點R1和R2進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼傳輸階段，需要完成中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮、中繼節(jié)點功率控制和壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼傳輸五個過程。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，中繼節(jié)點解碼過程是中繼節(jié)點R1和R2根據(jù)收到的信號
和
分別進行最大似然解碼，中繼節(jié)點R1解碼得到的Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量的估計信息記為
中繼節(jié)點R2解碼得到的Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量的估計信息記為
t＝0，1，2，3。估計信息
和
用如下兩個公式計算 其中
是Ns個源節(jié)點與中繼節(jié)點R1之間的信道衰落矩陣，
是Ns個源節(jié)點與中繼節(jié)點R2之間的信道衰落矩陣。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，估計信息分組過程是中繼節(jié)點R1和R2根據(jù)在TS＝4個符號周期內(nèi)Ns個源節(jié)點的估計信息，分別分組得到兩個
維的列向量
和
中繼節(jié)點R1將Ts個符號周期內(nèi)的估計信號
分成兩部分 中繼節(jié)點R2將Ts個符號周期內(nèi)的估計信號
分成兩部分 所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，估計信息壓縮過程是中繼節(jié)點R1和R2利用
維單位復行向量P3，分別對上述四個
維的列向量
和
進行壓縮，即中繼節(jié)點R1將
維的單位復行向量P3分別左乘列向量
和
得到
和
中繼節(jié)點R2將
維的單位復行向量P3分別左乘列向量
和
得到
和
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，中繼節(jié)點功率控制是中繼節(jié)點Ri根據(jù)NS個源節(jié)點所采取的調(diào)制方式，以及源節(jié)點與中繼節(jié)點Rj之間的信道衰落矩陣
計算歐式距離
和
并根據(jù)
和
確定中繼節(jié)點R1和R2上的功率控制因子p1和p2。
所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，功率控制因子p1和p2根據(jù)信道衰落矩陣的變化特性有以下兩種確定方法 方法一，信道衰落矩陣為準靜態(tài)，即變化比較緩慢，功率控制因子p1和p2為 和 方法二，信道衰落矩陣變化相對較快，功率控制因子p1和p2為 和 其中歐氏距離
的計算公式為 所述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法中，壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼是中繼節(jié)點R1和R2利用各自的壓縮數(shù)據(jù)
和
以及上述功率控制因子p1和p2，按照正交空時編碼矩陣進行傳輸，即中繼節(jié)點R1在第TS＝4個符號周期和第TS+1＝5個符號周期分別發(fā)送信號
和
中繼節(jié)點R2在第TS＝4個符號周期和第TS+1＝5個符號周期分別發(fā)送信號
和
根據(jù)中繼節(jié)點R1和R2在第TS＝4個符號周期和第TS+1＝5個符號周期的傳輸信號，可構(gòu)成如下2×2分布式空時編碼矩陣 本實施例中，中繼節(jié)點在TS＝4個符號周期內(nèi)的估計信號，分別由兩組不同的向量進行網(wǎng)絡空時編碼，并在兩個符號周期內(nèi)完成協(xié)作發(fā)送，吞吐量可以達到TS/(TS+2)＝2/3符號/用戶/時隙。
本實施例中，選擇的
維的單位復行向量P3為 圖10給出了采用本實施例采用BPSK調(diào)制時的仿真曲線，其中縱坐標為誤符號率，橫坐標為每個符號上的信噪比，圖中(2，2，1)表示有兩個源節(jié)點、兩個中繼節(jié)點和一個目的節(jié)點，且每個節(jié)點有一根天線，吞吐量為2/3符號/用戶/符號周期。由圖5可看出，在相同吞吐量的情況下，基于功率控制算法1的分布式正交網(wǎng)絡空時編碼可獲得較好的性能，且有一定的分集增益。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種正交網(wǎng)絡空時編碼方法，用于包含目的節(jié)點、源節(jié)點和中繼節(jié)點的無線通信網(wǎng)絡中，其特征在于，包括
步驟A、源節(jié)點向中繼節(jié)點和目的節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息，該步驟需要TSR個符號周期；
步驟B、中繼節(jié)點接收到源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)信息后進行正交網(wǎng)絡空時編碼，并將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送至目的節(jié)點，該步驟需要2個符號周期。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B包括中繼節(jié)點解碼過程、估計信息分組過程、估計信息壓縮過程、壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程和空時傳輸過程；
所述中繼節(jié)點解碼過程為中繼節(jié)點根據(jù)收到的信號進行最大似然解碼，得到與源節(jié)點個數(shù)NS相對應的NS個源節(jié)點發(fā)送的信號向量的估計信息；
所述估計信息分組過程為中繼節(jié)點R將第0至第TSR-1個符號周期之內(nèi)，所有Ns個源節(jié)點發(fā)送的信號向量的估計信息分成兩個
維的列向量；
所述估計信息壓縮過程為將所述估計信息分組過程中得到的兩個
維的列向量分別壓縮成兩個復信號
和
所述壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程為將在所述估計信息壓縮過程中得到的兩個復信號
和
構(gòu)成一個2×2矩陣；
所述空時傳輸過程為將所述2×2矩陣分別由中繼節(jié)點的兩根天線在兩個符號周期內(nèi)發(fā)送出去。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述估計信息分組過程如下
第一個向量
包括中繼節(jié)點對Ns個源節(jié)點在第0個符號周期至第
個符號周期內(nèi)發(fā)送信號向量的估計信息；
第二個向量
包括中繼節(jié)點對Ns個源節(jié)點在第
個符號周期至第TSR-1個符號周期內(nèi)發(fā)送信號向量的估計信息。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述估計信息壓縮過程為
用
維的網(wǎng)絡編碼權值單位復行向量Pj分別左乘列所述估計信息分組過程中得到的向量
和
從而得到壓縮后的復信號
和
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程中生成的所述2×2矩陣為第一行第一列的元素為所述壓縮后的復信號
第一行第二列的元素為所述壓縮后的復信號
第二行第一列的元素為所述壓縮后的復信號
的負共軛，第二行第二列的元素為所述壓縮后的復信號
的共軛。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述空時傳輸過程中，中繼節(jié)點將所述2×2矩陣的第一行的兩個信號由中繼節(jié)點的兩根天線在第TSR個符號周期發(fā)送至目的節(jié)點，將所述2×2矩陣的第二行的兩個信號由中繼節(jié)點的兩根天線在TSR+1個符號周期發(fā)送至目的節(jié)點。
7.一種基于上述正交網(wǎng)絡空時編碼方法的正交網(wǎng)絡空時編碼中繼傳輸系統(tǒng)，包含目的節(jié)點，多個源節(jié)點和中繼節(jié)點，其特征在于
源節(jié)點用于在TSR個符號周期將數(shù)據(jù)信息廣播給中繼節(jié)點和目的節(jié)點；
中繼節(jié)點用于對接收到的數(shù)據(jù)信息進行正交網(wǎng)絡空時編碼并將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給目的節(jié)點，所述中繼節(jié)點在兩個符號周期內(nèi)完成中繼節(jié)點解碼過程、估計信息分組過程、估計信息壓縮過程、壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程和空時傳輸過程五個過程。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，
所述中繼節(jié)點解碼過程為中繼節(jié)點根據(jù)收到的信號進行最大似然解碼，得到與源節(jié)點個數(shù)NS相對應的NS個源節(jié)點發(fā)送的信號向量的估計信息；
所述估計信息分組過程為中繼節(jié)點R將第0至第TSR-1個符號周期之內(nèi)，所有Ns個源節(jié)點發(fā)送的信號向量的估計信息分成兩個
維的列向量；
所述估計信息壓縮過程為將所述估計信息分組過程中得到的兩個
維的列向量分別壓縮成兩個復信號
和
所述壓縮數(shù)據(jù)空時編碼過程為將在所述估計信息壓縮過程中得到的兩個復信號
和
構(gòu)成一個2×2矩陣；
所述空時傳輸過程為將所述2×2矩陣分別由中繼節(jié)點的兩根天線在兩個符號周期內(nèi)發(fā)送出去。
9.一種分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法，用于包含目的節(jié)點，源節(jié)點、中繼節(jié)點的無線通信網(wǎng)絡，其特征在于，包括
步驟A、源節(jié)點向中繼節(jié)點和目的節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息，該步驟需要TS個符號周期；
步驟B、中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼，并將編碼數(shù)據(jù)傳送至目的節(jié)點，該步驟需要兩個符號周期。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟B包括中繼節(jié)點解碼過程、估計信息分組過程、估計信息壓縮過程、中繼節(jié)點功率控制過程和壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼傳輸過程；
所述中繼節(jié)點解碼過程為中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2根據(jù)收到的信號
和
分別進行最大似然解碼，分別得到Ns個源節(jié)點發(fā)送信號向量的估計信息
和
所述估計信息分組過程為中繼節(jié)點R1和R2分別對各自解碼得到的Ns個源節(jié)點發(fā)送的信號向量的估計信息
和
進行分組，得到四個
維的列向量，分別為
和
所述估計信息壓縮過程為中繼節(jié)點R1和R2利用
維網(wǎng)絡編碼權值單位復行向量Pi分別左乘所述
和
得到四個壓縮后的復向量
和
所述中繼節(jié)點的功率控制過程為中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2根據(jù)NS個源節(jié)點所采取的調(diào)制方式，以及源節(jié)點與中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2之間的信道衰落矩陣
和
分別計算出中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2與NS個源節(jié)點之間的歐式距離
和
并根據(jù)
和
確定中繼節(jié)點R1和中繼節(jié)點R2上的功率控制因子p1和p2；
所述壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼傳輸過程為中繼節(jié)點R1和R2利用各自在所述估計信息壓縮過程中得到的壓縮數(shù)據(jù)
和
以及在所述中繼節(jié)點的功率控制過程中得到的功率控制因子P1和P2，按照正交空時編碼矩陣進行傳輸。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，若所述源節(jié)點與中繼節(jié)點之間的信道衰落矩陣為變化比較緩慢的準靜態(tài)矩陣時，則所述功率控制因子計算方式為
其中，pn為第n個中繼節(jié)點的功率控制因子，
為信源到第n個中繼節(jié)點之間的歐氏距離，
為信源到第n個中繼節(jié)點之間信道沖激響應的方差，
為第n個中繼節(jié)點到目的節(jié)點D之間的信道衰落矩陣，
為第n個中繼節(jié)點到目標節(jié)點之間信道沖激響應的方差。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，若所述源節(jié)點與中繼節(jié)點之間的信道衰落矩陣變化相對較快，則所述功率控制因子計算方式為
其中，pn為第n個中繼節(jié)點的功率控制因子，
為信源到第n個中繼節(jié)點之間的歐氏距離，
為信源到第n個中繼節(jié)點之間信道沖激響應的方差，
為第n個中繼節(jié)點到目標節(jié)點之間信道沖激響應的方差。
13.一種基于上述分布式正交網(wǎng)絡空時編碼方法的分布式正交網(wǎng)絡空時編碼中繼傳輸系統(tǒng)，包括目的節(jié)點，源節(jié)點和中繼節(jié)點，其特征在于
源節(jié)點用于在TSR個符號周期將數(shù)據(jù)信息廣播給中繼節(jié)點和目的節(jié)點；
中繼節(jié)點用于對接收到的數(shù)據(jù)信息進行分布式正交網(wǎng)絡空時編碼并將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給目的節(jié)點，所述中繼節(jié)點在兩個符號周期內(nèi)完成中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮、中繼節(jié)點功率控制和壓縮數(shù)據(jù)分布式空時編碼傳輸五個過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線通信系統(tǒng)中的正交網(wǎng)絡空時編碼方法，用于實現(xiàn)有多個源節(jié)點，每個源節(jié)點有一根天線，中繼節(jié)點有兩根天線的無線通信網(wǎng)絡，以解決現(xiàn)有無線中繼網(wǎng)絡吞吐量低，分集損失較大的技術問題。本發(fā)明分為源節(jié)點向中繼節(jié)點和目的節(jié)點廣播數(shù)據(jù)信息的步驟和中繼節(jié)點進行正交網(wǎng)絡空時編碼傳輸?shù)牟襟E，后一步驟又分解為中繼節(jié)點解碼、估計信息分組、估計信息壓縮和壓縮數(shù)據(jù)空時編碼和空時傳輸五個過程，兩個步驟共需要TSR+2符號周期。本發(fā)明將中繼節(jié)點在TSR個符號周期內(nèi)的估計信號，分成兩組進行網(wǎng)絡空時編碼，并在兩個符號周期內(nèi)發(fā)送完成，吞吐量可以達到TSR/(TSR+2)符號/用戶/符號周期，從而提高了中繼網(wǎng)絡的吞吐量，降低了分集損失。
文檔編號H04L1/06GK101771509SQ20091007610
公開日2010年7月7日 申請日期2009年1月7日 優(yōu)先權日2009年1月7日
發(fā)明者姜靜, 李穎, 孫云鋒, 田開波, 李峰, 張元龍 申請人:中興通訊股份有限公司