本發(fā)明涉及無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種基于正交碼的網(wǎng)絡(luò)編碼方法。
背景技術(shù)：
：網(wǎng)絡(luò)編碼(NC，NetworkCoding)的概念最初在有線組播網(wǎng)絡(luò)中提出，目的是用來提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。之后隨著物理層網(wǎng)絡(luò)編碼(PNC，Physical-layerNetworkCoding)的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)被擴(kuò)展到了無線通信領(lǐng)域。物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的一個(gè)應(yīng)用場景是如圖1所示的經(jīng)典蝴蝶網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)S1和S2都同時(shí)經(jīng)由中繼節(jié)點(diǎn)R向兩個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D1和D2傳輸信息。在蝴蝶網(wǎng)絡(luò)中，為了保證物理層網(wǎng)絡(luò)編碼能夠正常工作，要確保一個(gè)源節(jié)點(diǎn)和一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間鏈路的存在(圖1中S1到D1的鏈路，S2到D2的鏈路)，同時(shí)還要求從S1發(fā)出的信號1和從S2發(fā)出的信號2，在中繼節(jié)點(diǎn)R接收時(shí)保持同步。在單信道傳輸環(huán)境下，中繼節(jié)點(diǎn)R接收信號的不同步會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能下降?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了降低接收信號的不同步對傳輸?shù)挠绊?，一種方法是在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)頭中添加額外信息，以便對不同步信號之間的時(shí)間偏移和傳輸時(shí)的信道參數(shù)分別進(jìn)行估計(jì)。然而，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)報(bào)頭中添加信息的方法引入了額外的開銷，增加了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用時(shí)的成本。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種基于正交碼的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，用于降低物理層網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用時(shí)的成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提供的基于正交碼的網(wǎng)絡(luò)編碼方法采用如下技術(shù)方案：一種應(yīng)用于蝴蝶網(wǎng)絡(luò)的基于正交碼的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，該方法包括：步驟S1、源節(jié)點(diǎn)S1和S2均用兩位正交碼對各自產(chǎn)生的每一位信息比特進(jìn)行替換；步驟S2、源節(jié)點(diǎn)S1和S2均將各自替換后的信號傳輸至中繼節(jié)點(diǎn)R；步驟S3、中繼節(jié)點(diǎn)R采用二次采樣方法對接收的疊加的不同步信號進(jìn)行分離和恢復(fù)；步驟S4、中繼節(jié)點(diǎn)R對恢復(fù)好的源節(jié)點(diǎn)S1和S2的信號對齊重組，生成疊加的同步信號；步驟S5、中繼節(jié)點(diǎn)R將疊加的同步信號分別傳輸至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2；步驟S6、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2對接收的疊加的同步信號進(jìn)行解碼。由于該網(wǎng)絡(luò)編碼方法具有以上步驟，因此，源節(jié)點(diǎn)S1和S2可以先用兩位正交碼對各自產(chǎn)生的每一位信息比特進(jìn)行替換，再將各自替換后的信號傳輸至中繼節(jié)點(diǎn)R，然后，中繼節(jié)點(diǎn)R采用二次采樣方法對接收的疊加的不同步信號進(jìn)行分離和恢復(fù)，再對恢復(fù)好的源節(jié)點(diǎn)S1和S2的信號對齊重組，生成疊加的同步信號，接著，中繼節(jié)點(diǎn)R將疊加的同步信號分別傳輸至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2，最后，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2對接收的疊加的同步信號進(jìn)行解碼。由上述分析可知，本發(fā)明所提供的網(wǎng)絡(luò)編碼方法不需要在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)頭中添加額外信息，就可以實(shí)現(xiàn)中繼節(jié)點(diǎn)R向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2所傳輸?shù)男盘柕耐?，因此，該網(wǎng)絡(luò)編碼方法不會(huì)引入額外的開銷，相比于現(xiàn)有技術(shù)，明顯地降低了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用時(shí)的成本。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的經(jīng)典蝴蝶網(wǎng)絡(luò)；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的基于正交碼的網(wǎng)絡(luò)編碼方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的二次采樣方法的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的特納圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的蝴蝶網(wǎng)絡(luò)。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于正交碼的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，如圖2所示，該方法包括：步驟S1、源節(jié)點(diǎn)S1和S2均用兩位正交碼對各自產(chǎn)生的每一位信息比特進(jìn)行替換；表一比特0比特1源節(jié)點(diǎn)S100(-1,-1)11(+1,+1)源節(jié)點(diǎn)S201(-1,+1)10(+1,-1)具體地，該步驟中的替換方式具體可以為：用正交碼(-1，-1)對源節(jié)點(diǎn)S1的比特0進(jìn)行替換，用正交碼(+1，+1)對源節(jié)點(diǎn)S1的比特1進(jìn)行替換，用正交碼(-1，+1)對源節(jié)點(diǎn)S2的比特0進(jìn)行替換，用正交碼(+1，-1)對源節(jié)點(diǎn)S2的比特1進(jìn)行替換。上述替換方式的具體結(jié)果請參見表一，需要說明的是，表一括號內(nèi)的+1和-1是發(fā)送時(shí)的基帶信號數(shù)值。步驟S2、源節(jié)點(diǎn)S1和S2均將各自替換后的信號傳輸至中繼節(jié)點(diǎn)R；具體地，該步驟可以包括：步驟21、源節(jié)點(diǎn)S1和S2均采用正交相移鍵控(QPSK，QuadraturePhaseShiftKeying)對各自替換后的信號進(jìn)行調(diào)制；步驟22、源節(jié)點(diǎn)S1和S2均將各自調(diào)制后的信號傳輸至中繼節(jié)點(diǎn)R。此外，本發(fā)明實(shí)施例所提供的網(wǎng)絡(luò)編碼方法還可以包括：在步驟S1和S2之間，源節(jié)點(diǎn)S1和S2均對各自替換后的信號的幅度進(jìn)行控制，以保證正交碼替換前后，由源節(jié)點(diǎn)S1和S2發(fā)送信號時(shí)消耗的能量保持不變。步驟S3、中繼節(jié)點(diǎn)R采用二次采樣方法對接收的疊加的不同步信號進(jìn)行分離和恢復(fù)；步驟S4、中繼節(jié)點(diǎn)R對恢復(fù)好的源節(jié)點(diǎn)S1和S2的信號對齊重組，生成疊加的同步信號；步驟S5、中繼節(jié)點(diǎn)R將疊加的同步信號分別傳輸至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2；具體地，該步驟可以包括：步驟51、中繼節(jié)點(diǎn)R采用正交相移鍵控對疊加的同步信號進(jìn)行調(diào)制；步驟52、中繼節(jié)點(diǎn)R將調(diào)制后的信號分別傳輸至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2。此外，本發(fā)明實(shí)施例所提供的網(wǎng)絡(luò)編碼方法還可以包括：在步驟S4和S5之間，中繼節(jié)點(diǎn)R對疊加的同步信號的幅度進(jìn)行控制，以保證正交碼替換前后，由中繼節(jié)點(diǎn)R轉(zhuǎn)發(fā)信號時(shí)消耗的能量保持不變。步驟S6、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2對接收的疊加的同步信號進(jìn)行解碼。具體地，該步驟可以包括：步驟61、在單個(gè)符號間隔內(nèi)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2分別用預(yù)留的正交碼基碼和各自接收的疊加的同步信號做內(nèi)積運(yùn)算，其中，正交碼基碼為替換比特0的兩位正交碼；步驟62、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2分別對運(yùn)算結(jié)果的正負(fù)進(jìn)行判斷，若運(yùn)算結(jié)果為正，則表示正交碼替換前對應(yīng)的信息比特為0，若運(yùn)算結(jié)果為負(fù)，則表示正交碼替換前對應(yīng)的信息比特為1。由于該網(wǎng)絡(luò)編碼方法具有以上步驟，因此，源節(jié)點(diǎn)S1和S2可以先用兩位正交碼對各自產(chǎn)生的每一位信息比特進(jìn)行替換，再將各自替換后的信號傳輸至中繼節(jié)點(diǎn)R，然后，中繼節(jié)點(diǎn)R采用二次采樣方法對接收的疊加的不同步信號進(jìn)行分離和恢復(fù)，再對恢復(fù)好的源節(jié)點(diǎn)S1和S2的信號對齊重組，生成疊加的同步信號，接著，中繼節(jié)點(diǎn)R將疊加的同步信號分別傳輸至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2，最后，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2對接收的疊加的同步信號進(jìn)行解碼。由上述分析可知，本發(fā)明實(shí)施例所提供的網(wǎng)絡(luò)編碼方法不需要在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)頭中添加額外信息，就可以實(shí)現(xiàn)中繼節(jié)點(diǎn)R向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1和D2所傳輸?shù)男盘柕耐?，因此，該網(wǎng)絡(luò)編碼方法不會(huì)引入額外的開銷，相比于現(xiàn)有技術(shù)，明顯地降低了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用時(shí)的成本。此外，該網(wǎng)絡(luò)編碼方法除了上述有益效果外，還具有以下有益效果：這種基于正交碼的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，不再需要源節(jié)點(diǎn)S1到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1，以及源節(jié)點(diǎn)S2到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D2的鏈路，簡化了蝴蝶網(wǎng)絡(luò)，減少了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對物理層網(wǎng)絡(luò)編碼的約束，促進(jìn)了物理層網(wǎng)絡(luò)編碼在無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。通過二次采樣的方法，即使出現(xiàn)中繼節(jié)點(diǎn)R接收信號不同步的情況，物理層網(wǎng)絡(luò)編碼也可以正常工作，增強(qiáng)了對復(fù)雜多變的無線傳輸環(huán)境的適應(yīng)性。另外，該網(wǎng)絡(luò)編碼方法是利用基于最大似然準(zhǔn)則與置信傳播的二次采樣方法對中繼節(jié)點(diǎn)R的接收信號進(jìn)行恢復(fù)，并沒有基于不同步信號之間的時(shí)間偏移已知這個(gè)理想化的假設(shè)。為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員具體實(shí)施，下面舉一個(gè)具體的實(shí)例對上述網(wǎng)絡(luò)編碼方法進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，參考上述表一所示的正交碼替換方式，源節(jié)點(diǎn)S1和S2的每一位信息比特被兩位正交碼替換。在該實(shí)例中，沒有應(yīng)用正交碼替換前，源節(jié)點(diǎn)S1和S2采用二進(jìn)制相移鍵控(BPSK，BinaryPhaseShiftKeying)調(diào)制，并且調(diào)制振幅為正交碼用兩位比替換了一位比特，為了不增加傳輸時(shí)消耗的帶寬，需要調(diào)整源節(jié)點(diǎn)S1和S2的調(diào)制方式。新的調(diào)制方式為正交相移鍵控(QPSK)，在相同的帶寬下，用同相支路調(diào)制正交碼替換后的一位比特，用正交支路調(diào)制另一位比特，為保證源節(jié)點(diǎn)S1和S2發(fā)送信號所需能量不變，調(diào)制振幅為1。需要說明的是，二進(jìn)制相移鍵控和正交相移鍵控的具體實(shí)施方式可參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再進(jìn)行贅述。接著，源節(jié)點(diǎn)S1和S2均將各自調(diào)制后的信號傳輸至中繼節(jié)點(diǎn)R，該步驟具體包括：步驟a、源節(jié)點(diǎn)S1和S2均采用矩形波信號攜帶各自調(diào)制后的信號的每個(gè)符號，其中，矩形波信號表示為：g(t)＝u(t+1)-u(t)，當(dāng)t≥0時(shí)，u(t)＝1，當(dāng)t＜0時(shí)，u(t)＝0；步驟b、源節(jié)點(diǎn)S1和S2均將各自的矩形波信號傳輸至中繼節(jié)點(diǎn)R，其中，源節(jié)點(diǎn)S1發(fā)送的信號表示為：源節(jié)點(diǎn)S2發(fā)送的信號表示為：其中，n＝1，2，…，N，x1[n]和x2[n]分別表示源節(jié)點(diǎn)S1和S2基帶信號的第n位符號。然后，中繼節(jié)點(diǎn)R采用二次采樣方法對接收的疊加的不同步信號進(jìn)行分離和恢復(fù)。其中，該步驟中的二次采樣方法具體為：步驟A、確定單個(gè)符號間隔內(nèi)、中繼節(jié)點(diǎn)R接收的疊加的不同步信號的兩個(gè)對稱采樣點(diǎn)的位置；具體地，如圖3所示，中繼節(jié)點(diǎn)R接收的疊加的不同步信號表示為：兩個(gè)對稱采樣點(diǎn)的位置分別表示為t＝τ和t＝1-τ，τ為自定義變量，且滿足：個(gè)單位時(shí)間，1個(gè)單位時(shí)間為1個(gè)符號間隔，a1是源節(jié)點(diǎn)S1發(fā)送的信號在傳輸過程中對應(yīng)的幅度因子，a2是源節(jié)點(diǎn)S2發(fā)送的信號在傳輸過程中對應(yīng)的幅度因子，是源節(jié)點(diǎn)S1發(fā)送的信號與源節(jié)點(diǎn)S2發(fā)送的信號之間的相對相位差，Δ是源節(jié)點(diǎn)S1發(fā)送的信號與源節(jié)點(diǎn)S2發(fā)送的信號之間的時(shí)間偏移，且滿足：0＜Δ＜1個(gè)單位時(shí)間，w(t)是方差為σ2的加性高斯白噪聲(AWGN，AdditiveWhiteGaussianNoise)。步驟B、參考圖3，第1個(gè)符號內(nèi)的采樣時(shí)間點(diǎn)為τ和1-τ，采樣時(shí)間點(diǎn)的選擇以單個(gè)符號間隔為周期，第n個(gè)符號內(nèi)的采樣時(shí)間點(diǎn)為(n-1+τ)和(n-τ)。在時(shí)間點(diǎn)(n-1+τ)和(n-τ)，分別獲得中繼節(jié)點(diǎn)R接收的疊加的不同步信號的采樣值，每個(gè)符號內(nèi)可以獲得兩個(gè)采樣值。其中，在時(shí)間點(diǎn)(n-1+τ)，可以獲得第2n個(gè)采樣值，該采樣值表示為：在時(shí)間點(diǎn)(n-τ)，可以獲得第2n個(gè)采樣值，該采樣值表示為：n＝1,2，…，N，w[2n-1]和w[2n]是均值為0且方差為的高斯噪聲；步驟C、將n的所有可選值取一遍，對得到的(2N+1)個(gè)采樣值進(jìn)行判決；步驟D、利用判決結(jié)果和特納圖(TannerGraph)，從中繼節(jié)點(diǎn)R接收的疊加的不同步信號中分離出源節(jié)點(diǎn)S1的符號和源節(jié)點(diǎn)S2的符號；步驟E、利用源節(jié)點(diǎn)S1的符號和源節(jié)點(diǎn)S2的符號，分別恢復(fù)出源節(jié)點(diǎn)S1發(fā)送的信號和源節(jié)點(diǎn)S2發(fā)送的信號。為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步理解上述步驟D的實(shí)現(xiàn)方式，下面結(jié)合如圖4所示的特納圖，對上述步驟D進(jìn)行具體說明。具體地，上述步驟D包括如下步驟：步驟D1、利用第1個(gè)采樣值的判決結(jié)果，得到的值；步驟D2、基于第1個(gè)采樣值和第2個(gè)采樣值的判決結(jié)果中的相等的條件，從中減去的值，獲得的值；步驟D3、基于第2個(gè)采樣值和第3個(gè)采樣值的判決結(jié)果中的相等的條件，從中減去的值，獲得的值；步驟D4、基于第3個(gè)采樣值和第4個(gè)采樣值的判決結(jié)果中的相等的條件，從中減去的值，獲得的值；步驟D5、以此類推，依次獲得源節(jié)點(diǎn)S1和S2中其他的符號，其中，表示源節(jié)點(diǎn)S1的第n個(gè)符號，表示源節(jié)點(diǎn)S2的第n個(gè)符號，表示(2N+1)個(gè)采樣值中第偶數(shù)個(gè)采樣值的判決結(jié)果，表示(2N+1)個(gè)采樣值中第奇數(shù)個(gè)采樣值的判決結(jié)果。以上為對本發(fā)明實(shí)施例所提供的網(wǎng)絡(luò)編碼方法的詳細(xì)說明，為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)一步理解，下面再舉一個(gè)具體的例子進(jìn)行說明。需要說明的是，該例子是基于中繼節(jié)點(diǎn)R接收到的疊加信號是同步的，若中繼節(jié)點(diǎn)R接收到疊加信號是不同步的，可將該實(shí)例結(jié)合前述關(guān)于二次采樣方法的描述，得到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)編碼方法。如圖5所示，源節(jié)點(diǎn)S1發(fā)送信息比特0，源節(jié)點(diǎn)S2發(fā)送信息比特1，參考前述表一所示的正交碼替換方式，用正交碼(-1，-1)替換信息比特0，用正交碼(+1，-1)替換信息比特1。中繼節(jié)點(diǎn)R接收到的疊加信號為(0，-2)，為實(shí)現(xiàn)能量控制，中繼節(jié)點(diǎn)R對接收到的疊加信號乘以得到新的疊加信號由前述表一可知，源節(jié)點(diǎn)S1的信息比特0用正交碼(-1，-1)替換，源節(jié)點(diǎn)S2的信息比特0用正交碼(-1，+1)替換，因此，解碼源節(jié)點(diǎn)S1信息所對應(yīng)的基碼為：(-1，-1)，解碼源節(jié)點(diǎn)S2信息所對應(yīng)的基碼為：(-1，+1)。具體地，在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1的解碼操作為：由于運(yùn)算結(jié)果為正數(shù)，因此，解碼結(jié)果表示源節(jié)點(diǎn)S1所發(fā)送信息比特為0；在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D2的解碼操作為：由于運(yùn)算結(jié)果為負(fù)數(shù)，因此，解碼結(jié)果表示源節(jié)點(diǎn)S2所發(fā)送信息比特為1。類似地，在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D2的解碼操作與在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D1的解碼操作是相同的，此處不再進(jìn)行贅述。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3