專利名稱：協(xié)同編碼的通信方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種協(xié)同編碼的通信方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以移動通信、無線局域網(wǎng)等為代表的無線網(wǎng)絡已成為世界各國重要的高新技術(shù)支柱產(chǎn)業(yè)。目前，商業(yè)化的第三代移動通信系統(tǒng)(3G)在穩(wěn)步推進；以微波存取全球互通(World Interoperability for Microwave Access,簡稱 WiMA)為代表的寬帶無線接入系統(tǒng)的高速發(fā)展已經(jīng)成為了電信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大亮點；面向多媒體業(yè)務的地面無線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)進入實施階段。隨著頻譜資源緊張的問題日益突出，傳統(tǒng)的基于資源獨立優(yōu)化的無線通信體系架構(gòu)往往受到“邊界效應”的制約，不能很好地滿足不斷增長的業(yè)務需求。協(xié)同編碼便應運而生，其是將協(xié)同傳輸和信道編碼相結(jié)合，不同的用戶傳輸碼字的一部分，在目的端同時獲得分集和編碼增益，從根本上提高無線資源利用的有效性，實現(xiàn)無線資源與用戶需求之間最大程度的匹配。設計好的編碼協(xié)同，具有很強的應用前景。下面分別對相關(guān)聯(lián)的兩個概念進行說明。1、無線網(wǎng)絡編碼在無線協(xié)同網(wǎng)絡中，借用網(wǎng)絡編碼的思想，中繼節(jié)點將接收的信息混合起來，把編過碼的符號傳輸出去。下面介紹下如何將無線網(wǎng)絡編碼運用到無線編碼協(xié)同中。圖1展示了一種現(xiàn)有的 無線協(xié)同網(wǎng)絡模型，第一個時隙，每個節(jié)點(如T1, T2)廣播自己的信息；第二個時隙，中繼節(jié)點(如R1, R2)將自己收到的信息包發(fā)送給目的節(jié)點。顯然，這種協(xié)同方式需要4個時隙以及2個中繼點，從而使得每個源節(jié)點的協(xié)同度為2。圖2展示了另一種現(xiàn)有的無線協(xié)同網(wǎng)絡編碼模型，由2個源節(jié)點，I個中繼節(jié)點和I個目的節(jié)點組成，這跟著名的蝴蝶結(jié)構(gòu)類似。在第一個時隙，其中一個源節(jié)點(如T1)廣播自己的信息C1 ;在第二個時隙，另一個源節(jié)點(如T2)廣播自己的信息包C2 ;在最后一個時隙，中繼節(jié)點把C1和C2的線性組合(如校驗和q c2 )發(fā)送到目的節(jié)點。毫無疑問，目的節(jié)點只要恢復以上任何2個信息包就可以正確接收C1和c2，與前一種協(xié)同方式相比，這種方式節(jié)省了 I個時隙和I個中繼節(jié)點，而達到了相同的協(xié)同度。2、自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同從上述分析可以得到，無線協(xié)同網(wǎng)絡的協(xié)同增益通過分布式編碼得到。同樣地，更加復雜的校驗碼可以用在更大規(guī)模的網(wǎng)絡，比如BCH碼，Turbo碼和低密度奇偶校驗碼(LowDensity Parity Check Code, LDPC)。利用了網(wǎng)絡編碼技術(shù)，自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同是在目的節(jié)點形成對應于瞬間網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的隨機網(wǎng)絡碼字，此技術(shù)對抗無線衰落非常有效。由于現(xiàn)有的自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同是隨機選擇信息包來計算中繼包，因此在信宿中所形成的LDPC校驗矩陣是隨機的，存在很多短環(huán)(如圖3的方框所示)，嚴重影響系統(tǒng)性能，導致誤碼率較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例所要解決的一個技術(shù)問題在于，提供一種系統(tǒng)性能好，誤碼率低的協(xié)同編碼的通信方法。本發(fā)明實施例所要解決的另一個技術(shù)問題在于，提供一種系統(tǒng)性能好，誤碼率低的協(xié)同編碼的通信系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提出了一種協(xié)同編碼的通信方法，包括初始化步驟信宿生成并將LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源；廣播步驟所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息后，每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包；及中繼步驟每個信源將正確接收的信源信息逐比特異或，并將計算得到的中繼包R’ (i)發(fā)送到信宿。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例還提出了一種協(xié)同編碼的通信系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括由一個信宿組成的信宿端生成并將LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源；及由多個信源組成的信源端所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息后，每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包，且每個信源將正確接收的信源信息逐比特異或，并將計算得到的中繼包R’ (i)發(fā)送到 目宿。

本發(fā)明實施例的協(xié)同編碼的通信方法及系統(tǒng)的有益效果是通過開始通信之前預先生成并將LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源，每個信源都獲得并存儲需要接收信源信息的索引，進而達到了系統(tǒng)性能好，誤碼率低的技術(shù)效果。


圖1是一種現(xiàn)有的無線協(xié)同網(wǎng)絡模型。圖2是另一種現(xiàn)有的無線協(xié)同網(wǎng)絡模型。圖3是自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同過程中生成的LDPC校驗矩陣存在的短環(huán)示意圖。圖4是自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同方法對應的傳輸過程示意圖。圖5是自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同方法在廣播階段后信源之間接收信息狀況示意圖。圖6是本發(fā)明實施例的協(xié)同編碼的通信方法的流程示意圖。圖7是本發(fā)明實施例的協(xié)同編碼的通信方法基校驗矩陣Hb擴展流程示意圖。
具體實施例方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明實施例的通信系統(tǒng)包含m個信源和I個信宿，下面介紹一種自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同方法(下稱方法一)，其包括①廣播階段，每個信源經(jīng)過正交的信道，發(fā)送自己的信息包到信宿，同時，其余信源保持接收信息，將信源正確接收的信息集合記為《W。②中繼階段，信源i從《(O隨機選取幾個信息包，相互逐比特異或，將計算后的中繼包R(i)發(fā)送到信宿。中繼包R(i)包括數(shù)據(jù)部分和攜帶有誤碼的信源索引的包頭部分；對應的傳輸過程如圖4所示，在信宿端，信宿收集完所有從信源發(fā)送的信息。根據(jù)R(i)的包頭信息，信宿可以知道每個信息包和中繼包之間的關(guān)系，將這些信息看成一個LDPC碼字。在解碼時，可以用LDPC解碼方法來進行整體解碼。為了更加清楚地描述自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同與形成LDPC校驗矩陣的對應關(guān)系，在這里我們假定一個通信系統(tǒng)有6個信源，I個信宿，經(jīng)過廣播階段后，信源之間接收信息狀況如圖5所示，圖中信源i到信源j的箭頭表示信源j正確接收信源i的信息。因此，我們可以得到
如果在中繼階段，所有信源都全部選擇W(Z)中信息來計算校驗位，在信宿中形成的LDPC校驗矩陣左邊元素hij;當信源i正確時信源j就設為1，否則就為O ;當i等于j時，矩陣右邊的元素設為1，否則為0，那么形成的LDPC校驗矩陣也如圖3所示。由上可知，采用自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同，在信宿所形成的LDPC碼性能跟中繼階段信源選擇其他信源信息包密切相關(guān)，即中繼階段信源如何選擇其他信源信息包，決定了形成的LDPC校驗矩陣H。本發(fā)明提供了一種協(xié)同編碼的通信方法的實施例，其可在清華同方PC機用軟件實現(xiàn)，如圖6所示，包括以下步驟初始化步驟信宿生成并將LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源；所述初始化步驟包括如下三個子步驟基校驗矩陣獲得子步驟S1:隨機產(chǎn)生一個HibXmb的矩陣H1，進而得到基校驗矩陣Hb= [H1, HJ，其中mb是m的因子，Hr是單位矩陣；LDPC校驗矩陣獲得子步驟S2 :基于GF(2P)，將H1中的非零元素擴展成LXL子矩陣n (i，j)，^中的非零元素擴展成LXL的單位矩陣，其余的零元素全部擴展成LXL的零矩陣，進而得到一個mX2m的LDPC校驗矩陣，其中，LXL子矩陣π (i, j)表示為第k行第f (α 1 * ( a J)k)列的元素為I，其他元素為0,0彡k彡L-l, L = m/mb, α是伽羅華域GF (2Ρ)的本原元，α相應函數(shù)值為f(a);具體地，請參考圖7，基校驗矩陣Hb擴展流程為設置參數(shù)cycle等于100, RL等于2P_1 ;從H1的第一個非零元素開始擴展，i=0, j=0 ;判斷是否i=RL，是則CyCle=CyCle-2，否則將非零元素擴展成π (i, j);判斷矩陣中的最短環(huán)是否小于cycle,是則刪除(i, j), j=j+l,判斷是否j=RL,是則i=i+l, j=0,重新搜索,否則將非零元素擴展成n (i, j);判斷最短環(huán)是否不小于cycle，且矩陣中所有非零元素都已經(jīng)擴展完畢，是則程序結(jié)束，否則擴展下一個非零元素。及LDPC校驗矩陣信息傳輸子步驟S3 :應用ARQ握手協(xié)議，信宿將前兩個子步驟產(chǎn)生的LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源，每個信源存儲需要接收信源信息的索引。廣播步驟所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息后，每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包；具體地，廣播步驟包括判斷子步驟S4 :判斷是否所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息，是則進行下一步驟，否則重復上一步驟；廣播步驟還包括發(fā)送接收子步驟S5 :每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送自己的信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包，例如第I個信源發(fā)送信息到信宿、第2個信源發(fā)送信息到信宿、第3個信源發(fā)送信息到信宿……第m-2個信源發(fā)送信息到信宿、第m-Ι個信源發(fā)送信息到信宿、第m個信源發(fā)送信息到信宿。中繼步驟S6 :每個信源將自己正確接收的信源信息逐比特異或，并將計算得到的中繼包R’ (i)發(fā)送到信宿，例如第I個信源計算并發(fā)送中繼包R’ (i)、第2個信源計算并發(fā)送中繼包R’(i)、第3個信源計算并發(fā)送中繼包R’ (i)……第m-2個信源計算并發(fā)送中繼包R’(i)、第m-Ι個信源計算并發(fā)送中繼包R’(i)、第m個信源計算并發(fā)送中繼包R’(i)。所述中繼包R’ (i)包括數(shù)據(jù)部分和攜帶有誤碼的信源索引的包頭部分。解碼步驟S7 :信宿用誤差反向傳播(Error Back Proragation,簡稱BP)對接收到的信息進行解碼。假設在中繼步驟S6(對應于自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同的中繼階段)，每個信源選擇D個信息包來計算中繼包。作為一個例子，表I分別列出了不同D的優(yōu)化網(wǎng)絡編碼協(xié)同(即本發(fā)明實施例的協(xié)同編碼)和自適應網(wǎng)絡編碼協(xié)同在瑞利信道下的誤碼率性能。
表I
權(quán)利要求
1.一種協(xié)同編碼的通信方法，其特征在于，所述方法包括初始化步驟信宿生成并將LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源；廣播步驟所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息后，每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包 '及中繼步驟每個信源將正確接收的信源信息逐比特異或，并將計算得到的中繼包R’ (i)發(fā)送到信宿。
2.如權(quán)利要求1所述的協(xié)同編碼的通信方法，其特征在于，所述初始化步驟包括基校驗矩陣獲得子步驟隨機產(chǎn)生一個mbXmb的矩陣H1，進而得到基校驗矩陣Hb =[H1, HJ，其中mb是m的因子，Hr是單位矩陣；LDPC校驗矩陣獲得子步驟將H1中的非零元素擴展成LXL子矩陣Ji (i, j)，札中的非零元素擴展成LX L的單位矩陣，其余的零元素全部擴展成LX L的零矩陣，進而得到一個mX2m的LDPC校驗矩陣，其中，LXL子矩陣π (i, j)表示為第k行第fU1 · (aJ)k)列的元素為I，其他元素為0,0彡L-l, L = m/mb, a是伽羅華域GF (2P)的本原元，a相應函數(shù)值為f(a );及LDPC校驗矩陣信息傳輸子步驟應用ARQ握手協(xié)議，信宿將前兩個子步驟產(chǎn)生的LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源，每個信源存儲需要接收信源信息的索引。
3.如權(quán)利要求1所述的協(xié)同編碼的通信方法，其特征在于，所述方法還包括解碼步驟信宿用誤差反向傳播對接收到的信息進行解碼。
4.如權(quán)利要求1所述的協(xié)同編碼的通信方法，其特征在于，所述廣播步驟包括判斷子步驟判斷是否所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息，是則進行下一步驟，否則重復上一步驟；及發(fā)送接收子步驟每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包。
5.如權(quán)利要求1所述的協(xié)同編碼的通信方法，其特征在于，所述中繼包R’a)包括數(shù)據(jù)部分和攜帶有誤碼的信源索引的包頭部分。
6.一種適用于如權(quán)利要求1所述方法的協(xié)同編碼的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括由一個信宿組成的信宿端生成并將LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源 '及由多個信源組成的信源端所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息后，每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包，且每個信源將正確接收的信源信息逐比特異或，并將計算得到的中繼包R’(i)發(fā)送到信宿。
7.如權(quán)利要求6所述的協(xié)同編碼的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信宿端包括初始化模塊，所述初始化模塊包括基校驗矩陣獲得子模塊隨機產(chǎn)生一個mbXmb的矩陣H1，進而得到基校驗矩陣Hb =[H1, HJ，其中mb是m的因子，Hr是單位矩陣；LDPC校驗矩陣獲得子模塊將H1中的非零元素擴展成LXL子矩陣Ji (i, j)，H,中的非零元素擴展成LX L的單位矩陣，其余的零元素全部擴展成LX L的零矩陣，進而得到一個mX2m的LDPC校驗矩陣，其中，LXL子矩陣π (i, j)表示為第k行第fU1 · (aJ)k)列的元素為I，其他元素為0,0彡L-l, L = m/mb, α是伽羅華域GF (2Ρ)的本原元，α相應函數(shù)值為f(a );及LDPC校驗矩陣信息傳輸子模塊應用ARQ握手協(xié)議，信宿將前兩個子步驟產(chǎn)生的LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源，每個信源存儲需要接收信源信息的索引。
8.如權(quán)利要求6所述的協(xié)同編碼的通信系統(tǒng)，其特征在于，信宿端還包括解碼模塊信宿用誤差反向傳播對接收到的信息進行解碼。
9.如權(quán)利要求6所述的協(xié)同編碼的通信系統(tǒng)，其特征在于，信源端包括廣播模塊，所述廣播模塊包括判斷子模塊判斷是否所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息，是則進行下一步驟，否則重復上一步驟；及發(fā)送接收子模塊每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包。
10.如權(quán)利要求6所述的協(xié)同編碼的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼包R’(i)包括數(shù)據(jù)部分和攜帶有誤碼的信源索引的包頭部分。
全文摘要
本發(fā)明實施例公開了一種協(xié)同編碼的通信方法及系統(tǒng)，所述方法包括初始化步驟信宿生成并將LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源；廣播步驟所有信源都接收到LDPC校驗矩陣信息后，每個信源經(jīng)過正交的信道發(fā)送信息包到信宿，同時，其余信源接收所述LDPC校驗矩陣信息對應指定的信源信息包；及中繼步驟每個信源將正確接收的信源信息逐比特異或，并將計算得到的中繼包R'(i)發(fā)送到信宿。本發(fā)明實施例的協(xié)同編碼的通信方法及系統(tǒng)通過開始通信之前預先生成并將LDPC校驗矩陣信息廣播給每個信源，每個信源都獲得并存儲需要接收信源信息的索引，進而達到了系統(tǒng)性能好，誤碼率低的技術(shù)效果。
文檔編號H04L1/00GK103067136SQ20131001114
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者殷柳國, 張凱斌, 陸建華 申請人:深圳清華大學研究院