專利名稱：多址中繼接入信道基于軟比特信息的網絡編碼系統(tǒng)與方法
技術領域：
本發(fā)明針對無線通信系統(tǒng)上行多址中繼接入信道，設計了一種基于軟比特信息的網絡編碼中繼技術和在目的節(jié)點解網絡編碼的迭代消息傳遞方法。
背景技術：
網絡編碼是一種融合了路由和編碼的信息交換技術，它的核心思想是在網絡中的各個節(jié)點上對各條信道上收到的信息進行線性或者非線性的處理，然后轉發(fā)給下游節(jié)點， 中間節(jié)點扮演著編碼器或信號處理器的角色。根據圖論中的最大流-最小割定理，數據的發(fā)送方和接收方通信的最大速率不能超過雙方之間的最大流值(或最小割值)，如果采用傳統(tǒng)多播路由的方法，一般不能達到該上界。R Ahlswede等人以蝴蝶網絡的研究為例，指出通過網絡編碼，可以達到多播路由傳輸的最大流界，提高了信息的傳輸效率，從而奠定了網絡編碼在現代網絡通信研究領域的重要地位。無線信道的廣播特性和無線網絡業(yè)務流的雙向性非常適合使用網絡編碼。目前， 網絡編碼的研究熱點已經由傳統(tǒng)的有線網絡場景下的網絡編碼技術轉向了無線網絡場景下的網絡編碼技術，原來在網絡層處理的網絡編碼技術下降到物理層跟物理層信號處理算法相結合，比如，物理層網絡編碼、基于網絡編碼的協(xié)作方案設計以及實際編碼協(xié)議性能評估等。相對于傳統(tǒng)的合作方案，基于網絡編碼的方案在同等的頻譜效率下可達到更高的分集增益。傳統(tǒng)中繼的做法主要有兩種方式，放大轉發(fā)(Amplify-Forward，簡記為AF)和解碼轉發(fā)(Decode-Forward，簡記為DF)，放大轉發(fā)又稱之為非再生中繼，解碼轉發(fā)又稱之為再生中繼。放大轉發(fā)對收到的信號僅進行一定功率因子的放大就轉發(fā)給目的節(jié)點，不需要解碼恢復，操作簡單，性能良好，但它也有噪聲放大效果。解碼轉發(fā)需要對發(fā)端的信號進行解碼恢復，由于無線信道的惡劣性和不確定性，解碼后的比特信息往往具有錯誤，若將這些錯誤的比特再進行編碼轉發(fā)給目的節(jié)點，將導致錯誤傳播現象，影響最后系統(tǒng)性能。解碼轉發(fā)策略在信道條件較好的情況下性能不錯，但在信道條件較差的情況時，錯誤傳播現象比較嚴重，性能將快速極度惡化。由于軟比特信息不但具有硬判決后的比特信息，同時還保留了比特的可靠度信息，具有比硬判決結果更多的信息量，能獲得比硬判決方法更好的性能，特別適合較低信噪比的環(huán)境。利用軟比特信息進行網絡編碼是最近出現的比較新穎的適合無線信道傳輸和處理的網絡編碼技術?；谲洷忍匦畔⒌木W絡編碼技術的研究目前還集中在由2個源節(jié)點、 1個中繼節(jié)點和1個目的節(jié)點組成的典型多址接入中繼信道場景。該類網絡編碼策略是為了克服傳統(tǒng)基于硬判決類網絡編碼協(xié)議和方法的一個重大缺點，即中繼必須正確接收來自兩個源節(jié)點的信息。針對典型多址接入中繼信道場景，對基于軟比特信息網絡編碼技術進行深入研究的基礎上，本發(fā)明提出了一種分離式的網絡信道編碼系統(tǒng)方案，目的節(jié)點采用迭代信息傳遞算法(Message Passing Algorithm，簡記為MPA)從中繼通道傳送的網絡編碼軟比特信息中提取合并源節(jié)點發(fā)送的信息，仿真結果表明該方案優(yōu)于傳統(tǒng)的基于硬判決的網絡編碼策略，并且該方案可以很容易地推廣到一般的由多個源節(jié)點、多個中繼和單個目的節(jié)點組成的多址接入中繼信道場景。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明公開一種多址中繼接入信道基于軟比特信息的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，包括源節(jié)點傳輸模塊，用于將數據信息進行初始化，傳送給中繼模塊；中繼模塊，用于將數據信息解碼操作后，利用所接收到的數據信息的軟比特信息計算網絡編碼后比特的對數似然比值，也就是網絡編碼的軟比特信息，并將該軟比特信息傳送至收端模塊；收端模塊，用于將中繼模塊所傳輸的軟比特信息進行解網絡編碼操作。所述的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼模塊還包括軟中繼策略模塊，用于計算從源節(jié)點傳輸模塊發(fā)送的數據信息的對數似然比值，將其中一路進行比特交織操作。所述的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述軟中繼策略模塊，還用于軟解調獲取每軟比特信息對數似然比值，所述對數似然比值L1, L2分別為
Ll = rill·,)其中 H為軟解調函數；其中//彳和‘廣分別表示中繼接收到的來自源節(jié)點1和2 的信息；對其中一路軟比特信息進行交織，L' 2 = 31 (L2)其中，π ( ·)為交織函數，交織長度為信道編碼后包的比特數，L' 2為對另一路軟比特信息交織之后的結果；根據從兩源節(jié)點信息的LLR值直接計算網絡編碼后軟比特的對數似然比值，所述
對數似然比值k為
權利要求
1.一種多址中繼接入信道基于軟比特信息的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，包括 源節(jié)點傳輸模塊，用于將數據信息進行初始化，傳送給中繼模塊；中繼模塊，用于將數據信息解碼操作后，利用所接收到的數據信息的軟比特信息計算網絡編碼后比特的對數似然比值，也就是網絡編碼的軟比特信息，并將該軟比特信息傳送至收端模塊；收端模塊，用于將中繼模塊所傳輸的軟比特信息進行解網絡編碼操作。
2.如權利要求1所述的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼模塊還包括軟中繼策略模塊，用于計算從源節(jié)點傳輸模塊發(fā)送的數據信息的對數似然比值，將其中一路進行比特交織操作。
3.如權利要求2所述的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述軟中繼策略模塊，還用于軟解調獲取每軟比特信息對數似然比值，所述對數似然比值L1, L2分別為
4.如權利要求1所述的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼模塊還包括限幅操作模塊，用于對網絡編碼后發(fā)送到收端模塊以前的軟比特信息進行非線性函數限幅，其中，臥)為非線性限幅函數，χ,為限符后的結果，即為中繼轉發(fā)給收端模塊的網絡編碼。
5.如權利要求1所述的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述收端模塊還包括迭代消息傳遞模塊，用于進行迭代消息傳遞策略，進行解網絡編碼操作，初始化從校驗節(jié)點A到變量節(jié)點節(jié)點的外信息，校驗節(jié)點是一個虛擬節(jié)點， Lcv(A，i) = 0，i e {1,2,3},其中，0為與軟比特序列等長的0序列，i為下標標記； 計算從變量節(jié)點i傳遞給校驗節(jié)點A的外信息，為 Lvc(i，A) = LJLcv(A, i)，i e {1,2,3}； 計算從校驗節(jié)點A傳遞給變量節(jié)點的外信息，為其中
6.如權利要求5所述的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述收端模塊的迭代消息傳遞模塊，還用于在進行迭代消息傳遞策略以前，根據各條鏈路信道質量進行加權，得到相應各路軟比特信息的對數似然比值，所述對數似然比值L1, L2, Lr分別為， 其中，Isd為從源節(jié)點到目的節(jié)點鏈路的信噪比，ξ-為從源節(jié)點經中繼節(jié)點到目的節(jié)點鏈路的等價信噪比；評)為軟解調函數；其中yi，y2，h分別表示目的節(jié)點接收到的來自源節(jié)點1，源節(jié)點2和中繼的信息；若對數似然比值L1的信噪比為ξ ”對數似然比值L2的信噪比為ξ 2，軟比特信息合并對數似然比值i =。EB L2的信噪比為ξ，則有關系 ξ 彡 min( ξ 1； ξ 2)由此，ξ-可簡單取為min(€OT，ξ J。
7.—種多址中繼接入信道基于軟比特信息的網絡編碼方法，其特征在于，包括如下步驟步驟100，將數據信息進行初始化，傳送給中繼模塊，執(zhí)行步驟200 ； 步驟200，中繼模塊將數據信息解碼操作后，利用所接收到的數據信息軟比特信息進行計算，得到網絡編碼之后比特信息的對數似然比值，也就是網絡編碼的軟比特信息，并將該軟比特信息傳送到收端模塊，執(zhí)行步驟300 ；步驟300，將步驟200所傳輸的軟比特信息進行解網絡編碼操作。
8.如權利要求7所述的網絡編碼方法，其特征在于，所述步驟200還包括步驟201，計算從步驟100發(fā)送的數據信息的對數似然比值，將其中一路進行比特交織操作。
9.如權利要求8所述的網絡編碼方法，其特征在于，所述步驟201，還包括步驟202，軟解調獲取每軟比特信息對數似然比值，所述對數似然比值L1, L2分別為
10.如權利要求7所述的網絡編碼方法，其特征在于，所述步驟200，還包括 步驟205，對網絡編碼后發(fā)送到步驟300以前的軟比特信息進行非線性函數限幅，其中，司·)為非線性限幅函數，χ,為限符后的結果，即為中繼轉發(fā)給收端模塊的網絡編碼。
11.如權利要求7所述的網絡編碼方法，其特征在于，所述步驟300，還包括 步驟302，進行迭代消息傳遞策略，進行解網絡編碼操作， 初始化從校驗節(jié)點A到變量節(jié)點節(jié)點的外信息，校驗節(jié)點是一個虛擬節(jié)點， Lcv(A，i) = 0，i e {1,2,3},其中，0為與軟比特序列等長的0序列，i為下標標記； 步驟303，計算從變量節(jié)點i傳遞給校驗節(jié)點A的外信息，為 Lcv(i，A) = LJLcv(A, i)，i e {1,2,3}； 步驟304，計算從校驗節(jié)點A傳遞給變量節(jié)點的外信息，為其中，= ir(ir, (:1,1))/,.,.(.1.," — ττΠ,,-Α 1.:.;))，JI (.)表示交織操作； 在經過1次或多次完整迭代過程后，對軟比特信息序列IL1 = Lc^AaM和{L2 = L。v(A， 3)}進行信道解碼，恢復出源節(jié)點發(fā)送的數據，LV。(1，A)為從變量節(jié)點1到校驗節(jié)點A的外信息，Lcv(A, 1)為從校驗節(jié)點A到變量節(jié)點1的外信息。
12.如權利要求11所述的網絡編碼方法，其特征在于，執(zhí)行所述步驟302之前，還包括步驟305，根據各條鏈路信道質量進行加權，得到相應各路軟比特信息的對數似然比值，所述對數似然比值L1, L2, Lr分別為，其中，Isd為從源節(jié)點到目的節(jié)點鏈路的信噪比，ξ-為從源節(jié)點經中繼節(jié)點到目的節(jié)點鏈路的等價信噪比，為軟解調函數；其中yi，y2，^分別表示目的節(jié)點接收到的來自源節(jié)點1，源節(jié)點2和中繼的信息；若對數似然比值L1的信噪比為ξ ”對數似然比值L2的信噪比為ξ 2，軟比特信息合并對數似然比值L = h 53 的信噪比為ξ，則有關系 ξ 彡 min( ξ 1； ξ 2)由此，ξ-可簡單取為min(€OT，ξ J。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多址中繼接入信道基于軟比特信息的網絡編碼系統(tǒng)，其特征在于，包括源節(jié)點傳輸模塊，用于將數據信息進行初始化，傳送給中繼模塊；中繼模塊，用于將數據信息解碼操作后，利用所接收到的數據信息的軟比特信息計算網絡編碼后比特的對數似然比值，也就是網絡編碼的軟比特信息，并將該軟比特信息傳送至收端模塊；收端模塊，用于將中繼模塊所傳輸的軟比特信息進行解網絡編碼操作。
文檔編號H04L1/00GK102412935SQ20111040030
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權日2011年12月5日
發(fā)明者劉航, 史崗, 周一青, 周恩, 石晶林 申請人:中國科學院計算技術研究所