專利名稱：無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體涉及適用于無線網(wǎng)絡(luò)中多接入信道的分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼及調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
分布式編碼作為一種特殊的信道編碼協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)開發(fā)模式，吸引了大量研究者的關(guān)注。分布式編碼的構(gòu)造理念已應(yīng)用于傳統(tǒng)的通道編碼，如文獻(xiàn)B. Zhao and Μ· C. Valenti,"Distributed turbo codes :towards the capacity of the relay channel, ” IEEE VTC，03-Fall，vol. 1，pp. 322-326，Oct. 2003.公開的分布式 Turbo 碼、 文獻(xiàn)S. Yiu, R. Schober and L. Lampe, "Distributed space-time block coding,，，IEEE Trans. Commun.，vol. 54，no. 7，pp. 1195-2006，Jul. 2006.公開的分布式空時(shí)碼、文獻(xiàn)A. Chakrabarti, A. Baynast, Α. Sabharwal and B. Aazhang, "Low density parity check codes for the relay channel，” IEEE JSAC，vol. 25，no. 2，pp. 280-291，F(xiàn)eb. 2007.公開的分布式低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，上述分布式編碼方案可以提高點(diǎn)至點(diǎn)的無線通道傳輸?shù)目煽啃?。上述分布式編碼方案是針對小規(guī)模的單播中繼網(wǎng)絡(luò)，信息是通過單/多跳無線中繼網(wǎng)絡(luò)，從單個(gè)源節(jié)點(diǎn)到單個(gè)目的地節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸。例如在圖1所示的場景下，一個(gè)源移動(dòng)終端(MT)與其他移動(dòng)終端(MT)合作，通過一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(RN)向基站(BS)傳輸數(shù)據(jù)。傳遞這種信息的傳統(tǒng)方式是通過路由，中繼節(jié)點(diǎn)簡單的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)接收到的數(shù)據(jù)包到目的地。文■R· Ahlswede， N. Cai， S. Y. R. Li， and R. W. Yeung, "Network Information Flow, ” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 46，no. 4，pp. 1204—1216，July 2000.提出了一種網(wǎng)絡(luò)編碼(NC)方法來替代路由算法。在網(wǎng)絡(luò)編碼中，中繼節(jié)點(diǎn)可以把從多個(gè)源移動(dòng)終端收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼。編碼后的信息隨后被發(fā)送到目的地。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的路由算法相比，網(wǎng)絡(luò)編碼可提高網(wǎng)絡(luò)容量和吞吐量。由于這種分布式網(wǎng)絡(luò)通道碼的研究設(shè)計(jì) (DNCC)理念最近才開始，許多在分布式編碼的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中遇到的問題都還沒有得到解決，并且誤碼率性能還不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，采用本發(fā)明方法可以顯著提高誤碼率性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，包括如下步驟1)源移動(dòng)終端通過碼率兼容的卷積編碼器將信息包編碼為傳輸碼字，然后廣播給中繼節(jié)點(diǎn)和協(xié)作移動(dòng)終端；2)中繼節(jié)點(diǎn)把接收到的來自源移動(dòng)終端的信號波形和來自協(xié)作移動(dòng)終端的信號波形，按照符號間隔分離，而后交替串聯(lián)生成新的信號波形；
3)形成的新的信號波形通過在中繼節(jié)點(diǎn)的解碼器進(jìn)行解調(diào)和譯碼，輸出針對源移動(dòng)終端和協(xié)作移動(dòng)終端的聯(lián)合編碼器的估計(jì)碼字；4)所述估計(jì)碼字先經(jīng)過交織，然后被送入中繼節(jié)點(diǎn)的遞歸系統(tǒng)卷積編碼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼并進(jìn)行無記憶調(diào)制，然后被發(fā)送到基站；5)基站接收到從中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號波形后，基站采用迭代譯碼算法進(jìn)行解碼， 獲得源移動(dòng)終端的信息。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是本發(fā)明針對無線網(wǎng)絡(luò)提出一種無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，從分布式節(jié)點(diǎn)收到的信號在中繼節(jié)點(diǎn)解碼后所得到的數(shù)據(jù)先經(jīng)過交織，然后再送到網(wǎng)絡(luò)編碼器，在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)采用迭代算法來解碼。仿真結(jié)果表明，帶有交織以及迭代譯碼算法的系統(tǒng)比無迭代譯碼系統(tǒng)的誤碼率性能有了非常的顯著提高。


圖1是包括一個(gè)源移動(dòng)終端，一個(gè)協(xié)作移動(dòng)終端，一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)及一個(gè)基站的上行傳輸系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明的迭代解碼算法框圖。圖3是不同碼率的采用迭代譯碼算法的交織分布式網(wǎng)絡(luò)編碼系統(tǒng)的EXIT圖。圖4是交織分布式網(wǎng)絡(luò)編碼MSK調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率性能仿真結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式
對發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明考慮的是無線蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的上行鏈路傳輸系統(tǒng)。參見圖1，圖1示出了包括一個(gè)源移動(dòng)終端A (source MT)，一個(gè)協(xié)作移動(dòng)終端B (cooperative MT)，一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn) R(RN)和一個(gè)基站C(BS)的上行傳輸系統(tǒng)框圖。其中源移動(dòng)終端MT通過中繼節(jié)點(diǎn)RN發(fā)送數(shù)據(jù)包到基站BS。此處，本發(fā)明僅以蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為實(shí)施例，實(shí)際上本發(fā)明可以應(yīng)用到所有的無線網(wǎng)絡(luò)中，比如無線傳感網(wǎng)、ad hoc (點(diǎn)對點(diǎn))、無線局域網(wǎng)等，不應(yīng)視作限定。協(xié)作傳輸階段源移動(dòng)終端可以與其他移動(dòng)終端協(xié)作來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)文獻(xiàn)K. Doppler and Μ. Xiao,"Innovative concepts in peer-to-peer and network coding,"Tech. Rep. Dl. 3, CELTIC Telecommunication Solutions, 2009.，假設(shè)源移動(dòng)終端MT和協(xié)作移動(dòng)終端MT之間存在直接鏈路，但基站BS和移動(dòng)終端之間沒有直接鏈路。一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸可分為兩個(gè)時(shí)隙。在第一個(gè)時(shí)隙，源移動(dòng)終端MT將信息包編碼為傳輸碼字，然后向中繼節(jié)點(diǎn)RN和協(xié)作移動(dòng)終端MT廣播編碼后的數(shù)據(jù)包。在接收到碼字后，中繼節(jié)點(diǎn)RN和協(xié)作移動(dòng)終端MT開始解碼。當(dāng)協(xié)作移動(dòng)終端MT正確地把來自源移動(dòng)終端MT的信息的解碼后，再利用不同的編碼器對該信息進(jìn)行再編碼。當(dāng)需要的時(shí)候，協(xié)作移動(dòng)終端MT將在第二時(shí)隙把編碼的碼字發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)。如果中繼節(jié)點(diǎn)RN可以正確的把源移動(dòng)終端MT的數(shù)據(jù)解碼，那么中繼節(jié)點(diǎn)RN就把譯碼后的來自源移動(dòng)終端MT的數(shù)據(jù)信息重新編碼調(diào)制，然后發(fā)射給基站BS。在這種情況下，源移動(dòng)終端MT不用協(xié)作移動(dòng)終端MT的協(xié)作傳輸。如果中繼節(jié)點(diǎn)RN不能正確的把源移動(dòng)終端MT的數(shù)據(jù)解碼，那么中繼節(jié)點(diǎn)RN就會(huì)向協(xié)作移動(dòng)終端MT發(fā)送要求傳輸相同數(shù)據(jù)的指令，協(xié)作移動(dòng)終端MT收到指令后會(huì)把來自源移動(dòng)終端MT的數(shù)據(jù)用不同的編碼器進(jìn)行編碼，然后發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)RN。如圖1所示，源移動(dòng)終端使用率為IAi1的編碼器C1，而協(xié)作移動(dòng)終端使用率為1/ n2的編碼器C2。中繼節(jié)點(diǎn)把從源移動(dòng)終端和協(xié)作移動(dòng)終端分別收到的模擬信號在空中混合，這個(gè)操作和物理層網(wǎng)絡(luò)編碼操作很相似，不同的地方在于在本系統(tǒng)中，中繼節(jié)點(diǎn)把從不同移動(dòng)終端得到的信號波形首先按照符合間隔分離，然后把每Ii1個(gè)來自源移動(dòng)終端的信號波形與每H2個(gè)來自協(xié)作移動(dòng)終端的信號波形進(jìn)行交替級聯(lián)。該混合的模擬信號然后被一個(gè)針對聯(lián)合編碼器C1和C2的解碼器所譯碼。分布式碼率兼容穿刺或者重復(fù)卷積碼在本發(fā)明中，源移動(dòng)終端的編碼和協(xié)作移動(dòng)終端的再編碼采用一類碼率兼容的卷積編碼。碼率兼容的卷積編碼包括碼率兼容的穿刺卷積編碼和碼率兼容的重復(fù)卷積編碼。 對于在源移動(dòng)終端和協(xié)作移動(dòng)終端的每個(gè)編碼器的碼率分別為IAi1和l/n2的系統(tǒng)，聯(lián)合編碼器的聯(lián)合碼率將為(ηι+η2)/ηιη2。在本發(fā)明中，假設(shè)所有移動(dòng)終端的卷積編碼器具有才目胃白勺(constraint length) (P. Popovski and H. Yomo, "Physical network coding in two-way wireless relay channels,，，IEEE Int.Conf. on Commun. (ICC)，pp. 707-711，June 2007.)。以下將描述如何獲得碼率兼容的卷積編碼器。對于碼率為1/n的卷積編碼器，生成多項(xiàng)式矩陣
權(quán)利要求
1.一種無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，其特征在于，包括如下步驟1)源移動(dòng)終端通過碼率兼容的卷積編碼器將信息包編碼為傳輸碼字，然后廣播給中繼節(jié)點(diǎn)和協(xié)作移動(dòng)終端；2)中繼節(jié)點(diǎn)把接收到的來自源移動(dòng)終端的信號波形和來自協(xié)作移動(dòng)終端的信號波形， 按照符號間隔分離，而后交替串聯(lián)生成新的信號波形；3)形成的新的信號波形通過在中繼節(jié)點(diǎn)的解碼器進(jìn)行解調(diào)和譯碼，輸出針對源移動(dòng)終端和協(xié)作移動(dòng)終端的聯(lián)合編碼器的估計(jì)碼字；4)所述估計(jì)碼字先經(jīng)過交織，然后被送入中繼節(jié)點(diǎn)的遞歸系統(tǒng)卷積編碼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼并進(jìn)行無記憶調(diào)制，然后被發(fā)送到基站；5)基站接收到從中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號波形后，基站采用迭代譯碼算法進(jìn)行解碼，獲得源移動(dòng)終端的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，其特征在于所述步驟1) 中，碼率兼容的卷積編碼器包括碼率兼容的穿刺卷積編碼器和碼率兼容的重復(fù)卷積編碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，其特征在于所述步驟2) 中，若中繼節(jié)點(diǎn)可以正確的把源移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)解碼，則不用協(xié)作移動(dòng)終端進(jìn)行協(xié)作傳輸； 如果中繼節(jié)點(diǎn)不能正確的把源移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)解碼，則中繼節(jié)點(diǎn)就會(huì)向協(xié)作移動(dòng)終端發(fā)送要求傳輸相同數(shù)據(jù)的指令，協(xié)作移動(dòng)終端收到指令后把來自源移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)解碼后，利用不同的碼率兼容的卷積編碼器進(jìn)行編碼，然后發(fā)送到中繼節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，其特征在于所述步驟3) 中，中繼節(jié)點(diǎn)的解碼器是針對源移動(dòng)終端和協(xié)作移動(dòng)終端的聯(lián)合編碼器的解碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，其特征在于所述步驟5) 中，迭代譯碼算法包括一個(gè)針對遞歸系統(tǒng)卷積解碼器的和一個(gè)針對移動(dòng)終端的聯(lián)合解碼器的軟進(jìn)-軟出算法；對于碼率兼容的卷積編碼，穿刺或重復(fù)卷積編碼器的格型結(jié)構(gòu)是隨著時(shí)間變化的；假設(shè)Yfc ^ J^:_，n。<n，是時(shí)間為k時(shí)的聯(lián)合編碼的輸出信號；爲(wèi)記作相應(yīng)的輸入符號4和切:分別是/i,和U的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)4 € {U. 1}. J e {1，…，n°}；在離散時(shí)間為k時(shí)的格型部分，定義的第j個(gè)符號的后驗(yàn)概率值的對數(shù)率為巧⑷是個(gè)符號，字符0代表移動(dòng)終端的碼率兼容聯(lián)合編碼器；Cik(S)= Σ α (s ‘ ) rk(s' , s)) = Σ s β k+1 (s) Γ k+1 (s ‘，s)；在時(shí)間為 k 時(shí)，格型部分的分枝量度 rk(s'，s)為 +Cs) .... !Yik .... ^)11^1^1 = .對于沒有穿刺或者重復(fù)的格型部分，η° = η ；假設(shè)Ui.f是 j個(gè)符號先驗(yàn)值的對數(shù)率，那么
全文摘要
本發(fā)明針對無線網(wǎng)絡(luò)提出一種無線分布式網(wǎng)絡(luò)信道編碼調(diào)制方法，從分布式節(jié)點(diǎn)收到的信號在中繼節(jié)點(diǎn)解碼后所得到的數(shù)據(jù)先經(jīng)過交織，然后再送到網(wǎng)絡(luò)編碼器，在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)采用迭代算法來解碼。仿真結(jié)果表明，帶有交織以及迭代譯碼算法的系統(tǒng)比無迭代譯碼系統(tǒng)的誤碼率性能有了非常的顯著提高。
文檔編號H04L1/00GK102291207SQ20111028897
公開日2011年12月21日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者劉揚(yáng), 林子懷 申請人:劉揚(yáng), 林子懷