專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)編碼的雙工無線中繼通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及協(xié)作中繼通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，更進(jìn)一步涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的雙工無線中繼通信方法，可用于多址接入中繼通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著各種無線通信業(yè)務(wù)和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，無線資源尤其是頻譜資源變得日趨緊張。為了充分利用有限頻譜資源和提高數(shù)據(jù)傳輸速率，國(guó)際電信聯(lián)盟ITU將無線中繼技術(shù)作為下一代無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵候選技術(shù)之一。但是中繼傳輸?shù)囊霑?huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻譜利用率的下降。為了解決這個(gè)問題，有學(xué)者提出了將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用于無線中繼系統(tǒng)。該技術(shù)將多個(gè)用戶的信息在中繼站進(jìn)行合并處理，來達(dá)到節(jié)省資源、提高系統(tǒng)的吞吐量和頻譜利用率的作用，是有效提高無線多址接入中繼通信系統(tǒng)傳輸效率的解決辦法之一。為了在提高系統(tǒng)頻譜效率的同時(shí)改善系統(tǒng)的誤碼性能，有學(xué)者提出了在中繼站處進(jìn)行聯(lián)合疊加調(diào)制-網(wǎng)絡(luò)編碼的方法。該方案在多址接入中繼模型下的步驟是第一，用戶終端廣播信號(hào)給中繼站和基站。第二，中繼站對(duì)接收到的每路用戶信號(hào)進(jìn)行逐次解碼，然后分別對(duì)解碼后的用戶信息進(jìn)行調(diào)制，最后將兩個(gè)用戶調(diào)制信號(hào)疊加后轉(zhuǎn)發(fā)給基站。第三，基站利用直接來自用戶終端的信號(hào)和來自中繼站的合并信號(hào)來恢復(fù)用戶信息。根據(jù)兩個(gè)用戶調(diào)制信號(hào)的疊加形式，疊加調(diào)制-網(wǎng)絡(luò)編碼的聯(lián)合設(shè)計(jì)方案主要包括兩種類型一種是線性疊加方案，另一種是正交疊加方案。在線性疊加方案中，中繼站直接將兩個(gè)用戶調(diào)制信號(hào)進(jìn)行線性疊加，該方法存在的不足之處是合并信號(hào)中的兩個(gè)用戶調(diào)制信號(hào)在傳輸過程中會(huì)互相干擾，從而降低了系統(tǒng)的誤碼性能，同時(shí)也不利于向高階調(diào)制方向擴(kuò)展。在正交疊加方案中，中繼站將兩個(gè)用戶調(diào)制信號(hào)分別調(diào)制到信號(hào)空間的正交分量和同相分量上，這樣兩個(gè)用戶調(diào)制信號(hào)在傳輸過程中互不影響，解決了用戶信號(hào)間干擾的問題，但該方法存在的不足之處是中繼站通常采用與用戶終端相同的映射方式，這樣會(huì)導(dǎo)致用戶終端與中繼站的聯(lián)合星座呈現(xiàn)出一維的 特征，并沒有充分利用空間的維度，這意味著系統(tǒng)的誤碼性能并沒有達(dá)到優(yōu)化。因此，如何利用疊加調(diào)制-網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計(jì)一種中繼轉(zhuǎn)發(fā)方法來進(jìn)一步改善系統(tǒng)的誤碼性能，是目前需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的雙工無線中繼通信方法，以在提高傳統(tǒng)譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)頻譜利用率的同時(shí)，改善正交疊加系統(tǒng)的誤碼性能。本發(fā)明的基本思路是，在中繼站，首先對(duì)接收到兩個(gè)用戶信號(hào)進(jìn)行譯碼得到用戶信息，然后對(duì)用戶信息進(jìn)行星座重排，最后利用M階脈沖幅度調(diào)制M-PAM信號(hào)的一維特性以及信號(hào)空間的正交特性來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)用戶的疊加；基站則通過乘運(yùn)算和取實(shí)或虛操作分離出兩個(gè)用戶信號(hào)，然后采用最大似然解調(diào)算法來處理直傳信號(hào)和中繼信號(hào)，從而獲得兩個(gè)用戶的估計(jì)信息。其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下
(I)用戶A以廣播形式發(fā)送信息在時(shí)隙1，用戶A將要發(fā)送的信息進(jìn)行M階脈沖幅度調(diào)制M-PAM，并將調(diào)制信號(hào)Xa廣播出去，其中M滿足M = 2k，k為大于O的整數(shù)；中繼站與基站分別接收到用戶A所發(fā)送的信號(hào)，并記作Yak和Yad
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的雙工無線中繼通信方法，包括步驟如下(1)用戶A以廣播形式發(fā)送信息在時(shí)隙1，用戶A將要發(fā)送的信息進(jìn)行M階脈沖幅度調(diào)制M-PAM，并將調(diào)制信號(hào)Xa廣播出去，其中M滿足:M = 2k，k為大于O的整數(shù)；中繼站與基站分別接收到用戶A所發(fā)送的信號(hào)，并記作Yak和Yad Yar — hAEXA+nAE Yad — hADXA+nAD其中，Yak表示中繼站從用戶A所接收到的信號(hào)，Yad表示基站從用戶A所接收到的信號(hào)， hAK表示用戶A到中繼站R的信道衰減系數(shù)，U表示用戶A到基站D的信道衰減系數(shù)，nAK表示從用戶A到中繼站R傳輸過程中在R處的加性高斯白噪聲，Iiad表示從用戶A到基站D傳輸過程中在D處的加性高斯白噪聲；(2)用戶B以廣播形式發(fā)送信息在時(shí)隙2，用戶B將要發(fā)送的信息進(jìn)行M階脈沖幅度調(diào)制M-PAM，并將調(diào)制信號(hào)Xb廣播出去，其中M滿足:M = 2k，k為大于O的整數(shù)；中繼站與基站分別接收到用戶B所發(fā)送的信號(hào)，并記作Ybk和Ybd Ybr — hBRXB+nBR Ybd 一 hBDXB+nBD其中，Ybk表示中繼站從用戶B所接收到的信號(hào)，Ybd表示基站從用戶B所接收到的信號(hào)， hBK表示用戶B到中繼站R的信道衰減系數(shù)，hBD表示用戶B到基站D的信道衰減系數(shù)，nBK表示從用戶B到中繼站R傳輸過程中在R處的加性高斯白噪聲，nBD表示從用戶B到基站D傳輸過程中在D處的加性高斯白噪聲；(3)中繼站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼3a)在時(shí)隙3，中繼站分別對(duì)接收到兩個(gè)用戶A和B的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)后的比特信息；3b)中繼站對(duì)解調(diào)后的比特信息進(jìn)行星座重排，即采用與用戶終端A和B不同的M-PAM 映射方式，對(duì)這兩個(gè)用戶的解調(diào)比特信息重新進(jìn)行調(diào)制，得到用戶A的調(diào)制信號(hào)X' A和用戶B的調(diào)制信號(hào)X' B；3c)將上述經(jīng)過星座重排后的調(diào)制信號(hào)X' A和乩X' B別調(diào)制到信號(hào)空間的同相分量和正交分量上去，得到正交疊加信號(hào)Χκ，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給基站Xk = X' A+jX' B其中j代表虛數(shù)單元；(4)基站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解碼4a)在時(shí)隙3，基站接收到來自中繼站的信號(hào)Ykd Yrd — hEDXE+nED其中，1 表示中繼站R到基站D的信道衰減系數(shù)，nED表示從中繼站R到基站D傳輸過程中在D處的加性高斯白噪聲；4b)從中繼站的信號(hào)Ykd中分離出兩個(gè)用戶A和B信號(hào)，并分別記作Xak和Xbk
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的雙工無線中繼通信方法，其中所述步驟3a) 中的解調(diào)是采用與用戶終端調(diào)制相對(duì)應(yīng)的解調(diào)方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的雙工無線中繼通信方法，其中所述步驟3b) 中采用與用戶終端A和B不同的M-PAM映射方式，其映射方式應(yīng)滿足用戶終端A和B星座圖中相鄰的星座點(diǎn)在中繼站進(jìn)行星座重排后變得不再相鄰。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的雙工無線中繼通信方法，其中所述步驟4b) 所述的從中繼站的信號(hào)Ykd中分離出兩個(gè)用戶A和B信號(hào)，按如下步驟進(jìn)行4bl)基站通過信道估計(jì)算法，獲取中繼站R到基站D的信道衰減系數(shù)Iied ；4b2)基站對(duì)信道衰減系數(shù)hKD取復(fù)共軛，并與接收到來自中繼站的信號(hào)Yed相乘；4b3)基站對(duì)相乘后的信號(hào)取實(shí)部操作和取虛部操作，得到包含用戶A比特信息的信號(hào) Re[H]和包含用戶B比特信息的信號(hào)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的雙工無線中繼通信方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)頻譜效率較低、系統(tǒng)誤碼性能偏高的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟為(1)在時(shí)隙1，用戶A發(fā)送調(diào)制信號(hào)；(2)在時(shí)隙2，用戶B發(fā)送調(diào)制信號(hào)；(3)在時(shí)隙3，中繼站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，首先對(duì)接收到的兩個(gè)用戶信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后進(jìn)行星座重排，并正交合并后轉(zhuǎn)發(fā)出去；(4)在時(shí)隙3，基站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解碼，首先對(duì)接收到的合并信號(hào)進(jìn)行用戶信號(hào)分離，然后分別聯(lián)合前兩個(gè)時(shí)隙所接收的信號(hào)進(jìn)行最大似然解調(diào)，從而恢復(fù)出兩個(gè)用戶估計(jì)信息。本發(fā)明在提高傳統(tǒng)譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)頻譜利用率的同時(shí)，進(jìn)一步改善了正交疊加系統(tǒng)的誤碼性能。
文檔編號(hào)H04L1/00GK103051427SQ20131002840
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者王勇, 韋劍峰, 葛建華, 李靖, 李毅, 宮豐奎 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)