專利名稱：基于分布式3-D Turbo碼的中繼傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及到信道編碼和中繼傳輸，具體的說(shuō)就是將3-DTurbo碼運(yùn)用到中繼傳輸?shù)囊环N方法。
背景技術(shù)：
利用中繼節(jié)點(diǎn)幫助移動(dòng)用戶轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，可獲得額外的分集增益，改善接收端的誤幀率性能，是提高移動(dòng)用戶在小區(qū)邊緣通話質(zhì)量的有效手段之一?，F(xiàn)有的無(wú)線多址接入中繼網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。它由一個(gè)源節(jié)點(diǎn)，一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)和一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)組成。它的源節(jié)點(diǎn)在中繼節(jié)點(diǎn)的幫助下與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，需要兩個(gè)時(shí)隙，即源節(jié)點(diǎn)占用一個(gè)時(shí)隙向中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)，中繼節(jié)點(diǎn)占用一個(gè)時(shí)隙，幫助源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至目的節(jié)點(diǎn)。為了提高中繼轉(zhuǎn)發(fā)效率的同時(shí)改善目的節(jié)點(diǎn)的誤幀率性能，學(xué)者提出了采用分布式的方式，將充分考慮Shannon信道 編碼定理假設(shè)條件的Turbo碼運(yùn)用到多址接入的模型中，從而取得了一定的性能增益。但隨著通信技術(shù)日新月異的新發(fā)展，Turbo碼錯(cuò)誤平層較高，其誤幀率目標(biāo)只有10_2到10_5，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們對(duì)視頻會(huì)議等應(yīng)用需要10_8更低的目標(biāo)需求。受到Turbo碼高信噪比時(shí)性能的局限，分布式Turbo碼在中繼傳輸中難以取得令人滿意的誤幀率性能。因此，在現(xiàn)有多址接入中繼系統(tǒng)中，如何利用解決Turbo碼錯(cuò)誤平層較低的
3-DTurbo碼設(shè)計(jì)出一種中繼傳輸方法，是目前需要解決的一個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于分布式3-D Turbo碼的中繼傳輸方法，以改善目的端的誤幀率性能。本發(fā)明的技術(shù)思路是，利用3-D Turbo碼的優(yōu)異性能和中繼技術(shù)，在源節(jié)點(diǎn)采用傳統(tǒng)Turbo碼編碼，在中繼節(jié)點(diǎn)用滲透系數(shù)來(lái)選擇校驗(yàn)比特進(jìn)行第三維編碼，目的節(jié)點(diǎn)采用聯(lián)合3-D Turbo碼譯碼。本發(fā)明的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的:(I)源節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)步驟: 源節(jié)點(diǎn)S對(duì)自己原始的信息進(jìn)行Turbo碼編碼,得到編碼序列c= (u, P1, p2),并對(duì)編碼序列進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制序列X ;源節(jié)點(diǎn)S廣播調(diào)制序列X至中繼節(jié)點(diǎn)R和目的節(jié)點(diǎn)D ；(2)中繼轉(zhuǎn)發(fā)步驟:(2.1)中繼節(jié)點(diǎn)R對(duì)接收到的源節(jié)點(diǎn)S的信息進(jìn)行Turbo碼譯碼，得到源節(jié)點(diǎn)S的原始信息的估計(jì)信息 ;(2.2)中繼節(jié)點(diǎn)R對(duì)源節(jié)點(diǎn)S的估計(jì)信息fi進(jìn)行Turbo碼編碼，得到兩個(gè)長(zhǎng)度與信息序列相同的校驗(yàn)序列(A，l\):
(2.3)中繼節(jié)點(diǎn)R用滲透系數(shù)λ (O彡λ彡I)對(duì)兩個(gè)校驗(yàn)序列A和I分別進(jìn)行選擇，得到待編碼的校驗(yàn)序列Pu和Ρ2λ，再用交替合并的方法合并校驗(yàn)序列Pu和Ρ2λ，得到第二維待編碼序列11λρ ;(2.4)中繼節(jié)點(diǎn)R將第三維待編碼序列uAp交織后送入第三維編碼器，得到校驗(yàn)序列PK，中繼節(jié)點(diǎn)R再對(duì)該校驗(yàn)序列Pk進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制序列χκ，并將其發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)；(3)目的節(jié)點(diǎn)譯碼步驟:(3.1)目的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)ysd和中繼轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)yri分別進(jìn)行軟解調(diào)，得到C= (u，P1, P2)和Pk分別對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)似然比序列Le =(Lu，Lp,，LP3)和Lpji，其中，Lu對(duì)應(yīng)的是源信息序列u的對(duì)數(shù)似然值，對(duì)應(yīng)的是源校驗(yàn)序列P1的對(duì)數(shù)似然值，Lp2對(duì)應(yīng)的是源校驗(yàn)序列P2的對(duì)數(shù)似然值，Lps是第三維校驗(yàn)序列Pk的對(duì)數(shù)似然值。(3.2)目的節(jié)點(diǎn)D將得到的對(duì)數(shù)似然信息！^送入第三維譯碼器，譯碼得到外信息
L%外信息I/經(jīng)過(guò)解交織，并由串并轉(zhuǎn)換器分為兩個(gè)等長(zhǎng)的分量校驗(yàn)外信息和 >(3.3)目的節(jié)點(diǎn)D用滲透系數(shù)逆選擇的方法，將來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)分量校驗(yàn)信息序列P1和P2對(duì)應(yīng)的似然比序列Lp1和Lp2分別與第三維譯碼器譯出的分量校驗(yàn)外信肩％和Lp合并，得到修正后的兩個(gè)分量校驗(yàn)信息序列pjPp2的對(duì)數(shù)似然比序列L;和％:(3.4)目的節(jié)點(diǎn)D將修正后的對(duì)數(shù)似然比序列1^和1^以及Lu送入Turbo碼譯碼器進(jìn)行譯碼，通過(guò)該譯碼器譯出信息序列的外信息Laui和Lall2進(jìn)行內(nèi)部迭代，并更新兩個(gè)分量校驗(yàn)信息序列P1和P2的分量碼校驗(yàn)序列的外信息Dpi和ο(3.5 )目的節(jié)點(diǎn)D對(duì)Turbo譯碼器譯出的分量碼校驗(yàn)序列的外信I Lp和Lep2分別進(jìn)行滲透系數(shù)選擇，得到新分量碼校驗(yàn)信息序列L6pl^PLp.:(3.6) g的節(jié)點(diǎn)D將新分量碼校驗(yàn)信息序列對(duì)應(yīng)的似然比序列14*和14;交替合并后交織，得到第三維編碼序列uAp對(duì)應(yīng)的似然比序列La1^，再將該似然比序列LaU/p送入第三維譯碼器，作為該第三維譯碼器的先驗(yàn)信息；(3.7)目的節(jié)點(diǎn)D在進(jìn)行16輪循環(huán)迭代譯碼后，由Turbo碼譯碼器輸出譯碼結(jié)果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):I)現(xiàn)有的分布式Turbo碼在源節(jié)點(diǎn)采用了卷積碼，編碼增益低，中繼節(jié)點(diǎn)正確譯碼并協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)的概率低，本發(fā)明在源節(jié)點(diǎn)采用了 Turbo碼編碼，提高了中繼節(jié)點(diǎn)R的正確譯碼概率，降低了錯(cuò)誤傳播的概率，有利于目的節(jié)點(diǎn)獲得分集增益。2)本發(fā)明可通過(guò)調(diào)整滲透系數(shù)的大小，來(lái)調(diào)整中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)了中繼轉(zhuǎn)發(fā)效率和系統(tǒng)性能的有效折衷。


圖1是現(xiàn)有的無(wú)線多址接入中繼網(wǎng)絡(luò)模型；圖2是本發(fā)明的總流程圖；圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)總框圖4是本發(fā)明中的源節(jié)點(diǎn)編碼子框圖；圖5是本發(fā)明中的中繼節(jié)點(diǎn)編譯碼子框圖；圖6是本發(fā)明中的目的節(jié)點(diǎn)譯碼子框圖；圖7是本發(fā)明中固定中繼位置，無(wú)中繼直接鏈路傳輸、分布式Turbo碼傳輸以及分布式3-D Turbo碼傳輸?shù)哪康墓?jié)點(diǎn)譯碼性能仿真圖；圖8是本發(fā)明中固定3-D Turbo碼的滲透系數(shù)，中繼位置不同的目的節(jié)點(diǎn)譯碼性能仿真圖；圖9是本發(fā)明中固定中繼位置，不同滲透系數(shù)的分布式3-D Turbo碼的目的節(jié)點(diǎn)譯碼的性能仿真圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2和圖3，本發(fā)明的實(shí)施步驟如下:步驟I，源節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)(1.1)源節(jié)點(diǎn)S對(duì)自己的原始數(shù)據(jù)u進(jìn)行Turbo碼編碼調(diào)制:參照?qǐng)D4，本步驟的實(shí)現(xiàn)如下:(1.la)源節(jié)點(diǎn)S將原始數(shù)據(jù)u (長(zhǎng)度為K)進(jìn)行Turbo碼編碼，得到編碼序列C= (u，P1, P2)(長(zhǎng)度為N = 3K)，其中u是源節(jié)點(diǎn)S編碼序列C的信息序列，Pi (長(zhǎng)度為K)是源節(jié)點(diǎn)S編碼序列c的第一個(gè)分量碼的校驗(yàn)序列，P2 (長(zhǎng)度為K)是源節(jié)點(diǎn)S編碼序列c的第二個(gè)分量碼的校驗(yàn)序列；源節(jié)點(diǎn)使用的Turbo編碼方法可從現(xiàn)有方法中任選一種，參見(jiàn):Shu Lin, Daniel J.CostellojJr., “差錯(cuò)控制編碼”，機(jī)械工業(yè)出版社，2007 ;(1.1b)源節(jié)點(diǎn)S對(duì)編碼序列c進(jìn)行BPSK調(diào)制，得到調(diào)制序列x ；(1.2 )源節(jié)點(diǎn)S向中繼節(jié)點(diǎn)R和目的節(jié)點(diǎn)D廣播調(diào)制序列x，中繼節(jié)點(diǎn)R和目的節(jié)點(diǎn)D接收到的信號(hào)分別表示為:
權(quán)利要求
1.一種基于3-D Turbo碼的中繼傳輸方法,包括: (1)源節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)步驟: 源節(jié)點(diǎn)S對(duì)自己原始的信息u進(jìn)行Turbo碼編碼，得到編碼序列C= (u，P1, P2)，并對(duì)編碼序列進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制序列X ;源節(jié)點(diǎn)S廣播調(diào)制序列X至中繼節(jié)點(diǎn)R和目的節(jié)點(diǎn)D ； (2)中繼轉(zhuǎn)發(fā)步驟: (2.1)中繼節(jié)點(diǎn)R對(duì)接收到的源節(jié)點(diǎn)S的信息進(jìn)行Turbo碼譯碼，得到源節(jié)點(diǎn)S的原始信息的估計(jì)信息fi(只有當(dāng)中繼正確譯碼的時(shí)候，即fi = u時(shí)，中繼才進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā))； (2.2)中繼節(jié)點(diǎn)R對(duì)源節(jié)點(diǎn)S的估計(jì)信息 進(jìn)行Turbo碼編碼，得到兩個(gè)長(zhǎng)度與信息序列相同的校驗(yàn)序列氓也)； (2.3)中繼節(jié)點(diǎn)R用滲透系數(shù)λ (O < λ < I)對(duì)兩個(gè)校驗(yàn)序列A和β2分別進(jìn)行選擇，得到待編碼的校驗(yàn)序列Ρ1λ和Ρ2λ，再用交替合并的方法合并校驗(yàn)序列Pu和巧入，得到第三維待編碼序列uAp ; (2.4)中繼節(jié)點(diǎn)R將第三維待編碼序列uAp交織后送入第三維編碼器，得到校驗(yàn)序列Pr,中繼節(jié)點(diǎn)R再對(duì)該校驗(yàn)序列Pk進(jìn)行調(diào)制，得到調(diào)制序列xK，并將其發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)。
(3)目的節(jié)點(diǎn)譯碼 (3.1)目的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的源節(jié)點(diǎn)信號(hào)ysd和中繼轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)5^分別進(jìn)行軟解調(diào)，得到C= (u, P1, P2)和Pk分別對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)似然比序列Le =(Lu-Lp1-Lp2)^pLpji，其中，Lu對(duì)應(yīng)的是源信息序列u的對(duì)數(shù)似然值，Lpi對(duì)應(yīng)的是源校驗(yàn)序列Pl的對(duì)數(shù)似然值，Lp2對(duì)應(yīng)的是源校驗(yàn)序列P2的對(duì)數(shù)似然值，Lpi是第三維校驗(yàn)序列Pk的對(duì)數(shù)似然值。
(3.2)目的節(jié)點(diǎn)D將得到的對(duì)數(shù)似然信息Lpii送入第三維譯碼器，譯碼得到外信息L%外信息Le經(jīng)過(guò)解交織，并由串并轉(zhuǎn)換器分為兩個(gè)等長(zhǎng)的分量校驗(yàn)外信息L.P ， (3.3)g的節(jié)點(diǎn)D用滲透系數(shù)逆選擇的方法，將來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)分量校驗(yàn)信息序列PjPP2對(duì)應(yīng)的似然比序列Lpi和Lp2分別與第三維譯碼器譯出的分量校驗(yàn)外信,Ilp和Lp合并，得到修正后的兩個(gè)分量校驗(yàn)信息序列P1和P2的對(duì)數(shù)似然比序列！^和1^ ; (3.4)g的節(jié)點(diǎn)D將修正后的對(duì)數(shù)似然比序列Ljli和！4以及Lu送入Turbo碼譯碼器進(jìn)行譯碼，通過(guò)該譯碼器譯出信息序列的外信息La1^pLau2進(jìn)行內(nèi)部迭代，并更新兩個(gè)分量校驗(yàn)信息序列P1和P2的分量碼校驗(yàn)序列的外信息!^和1;。
(3.5)目的節(jié)點(diǎn)D對(duì)Turbo譯碼器譯出的分量碼校驗(yàn)序列的外信息Lipi和L1fc分別進(jìn)行滲透系數(shù)選擇，得到新分量碼校驗(yàn)信息序列L1pi和ijL1 ； (3.6)目的節(jié)點(diǎn)D將新分量碼校驗(yàn)信息序列對(duì)應(yīng)的似然比序列!^和交替合并后交織，得到第三維編碼序列uAp對(duì)應(yīng)的似然比序列，再將該似然比序列Lal^送入第三維譯碼器，作為該第三維譯碼器的先驗(yàn)信息； (3.7)g的節(jié)點(diǎn)D在進(jìn)行16輪循環(huán)迭代譯碼后，由Turbo碼譯碼器輸出譯碼結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3-DTurbo碼的中繼傳輸方法，其中所述步驟(I)和步驟(2.4)所采用的調(diào)制方式，均為二進(jìn)制移相鍵控BPSK，即通過(guò)如下公式獲得調(diào)制序列:x=2c-l
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于3-DTurbo碼的中繼傳輸方法，其中步驟(2.3)所述的中繼節(jié)點(diǎn)R用滲透系數(shù)λ對(duì)兩個(gè)校驗(yàn)序列h和#2分別進(jìn)行選擇，按如下步驟進(jìn)行: (2.3a)分別將兩個(gè)校驗(yàn)序列Λ和^順次分為包含I個(gè)比特的小校驗(yàn)序列塊；假設(shè)Pi F2λ入=1/4，校驗(yàn)序列的長(zhǎng)度是K，則將兩個(gè)校驗(yàn)序列艮和1分為Κ/4個(gè)包含4個(gè)比特的小序列塊； (2.3b)從校驗(yàn)序列匕和1的每個(gè)小序列塊同一位置上，選擇一個(gè)比特輸出，并將輸出的比特順次排列，得到待編碼的校驗(yàn)序列Ρ1λ和Ρ2Λ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于3-DTurbo碼的中繼傳輸方法，其中步驟(3.3)所述的目的節(jié)點(diǎn)D用滲透系數(shù)逆選擇的方法，將來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)分量校驗(yàn)信息序列P1和P2對(duì)應(yīng)的似然比序列LPl和LP2分別與第三維譯碼器譯出的分量校驗(yàn)外信息,和lL合并，按如下步驟進(jìn)行: (3.2a)將分量校驗(yàn)外信肩U和；^的每個(gè)信息比特后面添加|-1個(gè)零，得到新的校驗(yàn)Pi; PiaA夕卜信息IC和l;2/ ; (3.2b)將來(lái)自源節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)分量校驗(yàn)信肩Lp和Lp2按對(duì)應(yīng)位與新的校驗(yàn)外信息Ι/ρι/和4 >目加，得到修正后的兩個(gè)分量校驗(yàn)信息序列pdPp2的對(duì)數(shù)似然比序列L^PLp。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于3-DTurbo碼的中繼傳輸方法，其中步驟(3.5)所述的目的節(jié)點(diǎn)D對(duì)Turbo譯碼器譯出的分量碼校驗(yàn)序列的外信息Le1^pL8p2分別進(jìn)行滲透系數(shù)選擇，得到新分量碼校驗(yàn)信息序列Lepu和，按如下步驟進(jìn)行: (3.5a)分別將分量碼校驗(yàn)序列的外信息和!/分為包含I個(gè)比特的小校驗(yàn)序列塊； Pi P2A假設(shè)λ =1/4，校驗(yàn)序列的長(zhǎng)度是K，則將兩個(gè)校驗(yàn)序列Lepi和Lep2分為Κ/4個(gè)包含4個(gè)比特的小序列塊； (3.5b)從校驗(yàn)序列Up1和的每個(gè)小序列塊同一位置上,選擇一個(gè)比特輸出，并將輸出的比特順次排列，得到待編碼的校驗(yàn)序列l(wèi)UlL。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于3-DTurbo碼的中繼傳輸方法，其中所述的步驟(2.4)和步驟(3.6)中的交織，均采用二次多項(xiàng)式交織器QPP (Quadratic PermutationPolynomial)將原序列的碼字重新排列。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于3-D Turbo碼的中繼傳輸方法，主要解決現(xiàn)有分布式Turbo碼誤幀率較高的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)步驟是源節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)；中繼節(jié)點(diǎn)先對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行Turbo譯碼，再對(duì)譯出的信息進(jìn)行與源節(jié)點(diǎn)相同的Turbo碼編碼，然后用滲透系數(shù)選擇校驗(yàn)比特進(jìn)行第三維的編碼，對(duì)第三維輸出的校驗(yàn)比特調(diào)制后發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)；目的節(jié)點(diǎn)在接收到中繼傳輸?shù)男畔⒑螅c接收到的源信息一起進(jìn)行3-D Turbo碼譯碼。本發(fā)明通過(guò)調(diào)制中繼位置和改變滲透系數(shù)，能實(shí)現(xiàn)譯碼性能和中繼復(fù)雜度的有效折中，可用于無(wú)線多址接入中繼網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H04B7/15GK103078716SQ20131003069
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月27日
發(fā)明者孫岳, 李亞鋒, 李穎, 翟緒論 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)