專利名稱：基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的無線傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)編碼從本質(zhì)上打破了通信網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)的信息處理方式，它已是通信網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域中的一個新的研究熱點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制通過允許中繼節(jié)點(diǎn)對從多條路徑接收到的信息 進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)發(fā)，接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)解碼以獲得原始信息，理論上可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最大流傳 輸，并有效地解決中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸瓶頸問題，在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、改善負(fù)載均衡、減小傳輸 延遲、節(jié)省節(jié)點(diǎn)能耗、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)魯棒性等方面均顯示出其優(yōu)越性。網(wǎng)絡(luò)編碼的早期研究僅限 于有線網(wǎng)絡(luò)的組播傳輸，由于無線網(wǎng)絡(luò)自身的廣播特性，或者說是無線組播優(yōu)勢，使得網(wǎng)絡(luò) 編碼在無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用帶來了新的增益，包括提高無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率、吞吐量和節(jié)省 能量消耗等。對于有噪的無線網(wǎng)絡(luò)鏈路傳輸，網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)該與處理無線信道衰落的不利影 響的技術(shù)進(jìn)行融合。但由于移動通信信道具有時變衰落特性，無線信號受到多徑效應(yīng)的作用會產(chǎn)生嚴(yán) 重的幅度衰落和時延擴(kuò)展，造成誤比特率性能惡化。克服幅度衰落的一種方法是增加發(fā)射 功率，加大幅度余量；另一種方法是降低無線信道中的比特傳輸速率，而比特傳輸速率的降 低會降低頻譜利用率，即降低了系統(tǒng)的容量。另外，因?yàn)榉亲赃m應(yīng)系統(tǒng)鏈路預(yù)算須滿足信道 質(zhì)量最差情況，因而當(dāng)信道質(zhì)量較好時，系統(tǒng)就不能充分利用信道容量，造成了頻譜資源的 浪費(fèi)；而且未來移動通信需要發(fā)展高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。因此，現(xiàn)有技術(shù)中，在信道狀態(tài)不斷變化條件下還沒有一種在系統(tǒng)容量和系統(tǒng)誤 碼性能兩方面都達(dá)到較優(yōu)的完善的無線傳輸方案。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，為此，本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編 碼與信道譯碼的傳輸方法，源節(jié)點(diǎn)采用的調(diào)制方式根據(jù)信道情況自適應(yīng)調(diào)整，能在保持較 低的誤比特性能的同時，盡可能提高信道容量。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸 方法，包括如下步驟1)第一源節(jié)點(diǎn)Ii1和第二源節(jié)點(diǎn)Ii3分別對要發(fā)送的數(shù)據(jù)包Sp S3進(jìn)行線性編碼和 調(diào)制，調(diào)制的方案根據(jù)實(shí)際信道情況自適應(yīng)調(diào)整；然后將調(diào)制信號發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)n2 ；2)中繼節(jié)點(diǎn)Ii2對接收到的來自兩個源節(jié)點(diǎn)的信息分別進(jìn)行調(diào)制信號識別，然后根 據(jù)調(diào)制方式信息分別進(jìn)行相應(yīng)的軟解調(diào)；3)中繼節(jié)點(diǎn)Ii2得到兩路信號解調(diào)后的軟判決信息后，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，即合并軟信 息，將合并后的軟信息經(jīng)過信道解碼得到目標(biāo)數(shù)據(jù)包& =(^1 ，并將其廣播； 4)兩個源節(jié)點(diǎn)收到中繼節(jié)點(diǎn)II2廣播的數(shù)據(jù)包S2，借助已有信息進(jìn)行譯碼即得到對方節(jié)點(diǎn)信息，完成信息交換。進(jìn)一步，步驟1)中，隨著與中繼節(jié)點(diǎn)距離的增加，源節(jié)點(diǎn)采用的調(diào)制方式的階數(shù)降低，源節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)距離越接近，采用的調(diào)制階數(shù)越高；進(jìn)一步，步驟1)中，對于一個源節(jié)點(diǎn)的一個數(shù)據(jù)流在一次會話周期內(nèi)，一層的分 組數(shù)據(jù)單元只采用一種調(diào)制方式；進(jìn)一步，所述調(diào)制方式選自BPSK( 二相相移鍵控)、QPSK(四相相移鍵控)、 8PSK(八相相移鍵控)或16QAM(十六進(jìn)制正交幅度調(diào)制)等調(diào)制方式中的一種。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的方法根據(jù)實(shí)際信道條件進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整信號調(diào)制速 率，在任何時刻都使信道容量達(dá)到最大或者使系統(tǒng)性能達(dá)到相對最佳，從而使移動無線信 道頻帶日益擁擠的今天能得到較高的頻譜利用率，有效地提高信息傳輸速率、從而提高傳 輸系統(tǒng)的帶寬，可在系統(tǒng)容量和系統(tǒng)誤碼性能兩方面都達(dá)到令人滿意的程度。本發(fā)明的方 法還使用網(wǎng)絡(luò)編碼和信道編碼的聯(lián)合設(shè)計(jì)，可以得到更多的分集增益。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書，權(quán)利要 求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述圖1示出了基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法的系統(tǒng)傳輸 模型；圖2示出了基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法的流程示意 圖；圖3示出了基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法的一個選擇 調(diào)制方式的例子。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，為本發(fā)明的基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法 的系統(tǒng)傳輸模型，包含兩個移動源節(jié)點(diǎn)I^n3,以及中繼節(jié)點(diǎn)η2。1)源節(jié)點(diǎn)ηι和源節(jié)點(diǎn)Ii3分別對要發(fā)送的數(shù)據(jù)包S1J3進(jìn)行線性編碼和調(diào)制，調(diào)制 的方案根據(jù)實(shí)際信道情況自適應(yīng)調(diào)整；然后在第一個時隙，H1將S3發(fā)送給η2，在第二個時 隙，H3將S3發(fā)送給Ii2 ；2)中繼節(jié)點(diǎn)Ii2對接收到的來自兩個源節(jié)點(diǎn)的信息分別進(jìn)行調(diào)制信號識別，然后根 據(jù)調(diào)制方式信息分別進(jìn)行相應(yīng)的軟解調(diào)；3)中繼節(jié)點(diǎn)Ii2得到兩路信號解調(diào)后的軟判決信息后，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，即合并軟信 息，將合并后的軟信息經(jīng)過信道解碼得到目標(biāo)數(shù)據(jù)包&,并將其在第三個時隙廣 播給H1和H3廣播;
4)兩個源節(jié)點(diǎn)收到中繼節(jié)點(diǎn)Ii2廣播的數(shù)據(jù)包S2，借助已有信息進(jìn)行譯碼即得到對方節(jié)點(diǎn)信息，完成信息交換。下面詳細(xì)敘述本發(fā)明的基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法 的實(shí)施流程。如圖2所示，Si = [Si,。，sia, ... , Sij K_J，i = 1，3表示兩移動源節(jié)點(diǎn)Ii1和Ii3 發(fā)送的數(shù)據(jù)包。假設(shè)兩數(shù)據(jù)包S1和S3有著相同的長度K，當(dāng)k = 0，1，... K-I時二進(jìn)制信 息比特Si,ke {0,1}并且彼此獨(dú)立，同分布。Mi= [mij0,mia,... ,mijN_J,i = 1，3表示節(jié)點(diǎn) ni處經(jīng)過信道編碼后的數(shù)字碼元的集合，Hii,ne {^丨，則碼率^· = !^^本方案的叫和叫 采用相同的PCCC Turbo編碼器。Γ表示Turbo編碼器的映射函數(shù)；Γ ―1表示Turbo解碼器 的映射函數(shù)，即:Γ (Si) = Mi, Γ H(Mi) = Si, i = 1,3從編碼后的比特Hii,n到調(diào)制符號Xi,n的映射表示為Xi,n = fi OiiiJ。如圖2所示， 中繼節(jié)點(diǎn)是對兩路軟信息的合并信息進(jìn)行解碼，這就要求兩源節(jié)點(diǎn)H1和H3處的信道編碼器 相同并且滿足線性性質(zhì)「體@民)=「(5\) 「(民)。其中，@代表網(wǎng)絡(luò)編碼算法中普通的二
進(jìn)制異或運(yùn)算對Hi1, m3 e M應(yīng)用異或運(yùn)算使得wI。與傳統(tǒng)方式不同的是，信道編碼之后，每個源節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)際信道狀況，選擇合適的 調(diào)制方式發(fā)送信號。本方案中，源節(jié)點(diǎn)的調(diào)制方式根據(jù)與中繼節(jié)點(diǎn)之間的距離慢速自適應(yīng) 調(diào)整，即對于一個源節(jié)點(diǎn)的一個數(shù)據(jù)流在一次會話周期內(nèi)，一層的PDU(分組數(shù)據(jù)單元)只 采用一種調(diào)制方式。設(shè)計(jì)原則是盡可能減少可選項(xiàng)，從而簡化中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。源節(jié)點(diǎn)根據(jù) MAC層調(diào)度器來確定調(diào)制方案(BPSK、QPSK、8PSK、16QAM)。圖3顯示了一個采用自適應(yīng)調(diào)制方案的簡單例子。系統(tǒng)根據(jù)CQI (信道質(zhì)量信息) 來確定調(diào)制方式，CQI的反饋周期可以根據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行調(diào)整。反饋開銷的大小將作為選 擇CQI反饋方法的重要依據(jù)。物理層提交CQI到MAC層，在物理層內(nèi)部準(zhǔn)確地生成CQI的 方法是物理層的內(nèi)部機(jī)制。利用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)的方案可以根據(jù)當(dāng)前信道容量需求確定合 適的調(diào)制方式，最大限度地以較高速率發(fā)送信息。Xi代表源節(jié)點(diǎn)Iii處調(diào)制之后的數(shù)據(jù)包，它經(jīng)過信道發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)n2。Yi表示中 繼節(jié)點(diǎn)接收到的來自節(jié)點(diǎn)Iii的數(shù)據(jù)包，Yi = [Υ ,ο , '···i = 1，3。中繼節(jié)點(diǎn)Ii2接收到Y(jié)i后分別進(jìn)行調(diào)制信號識別來判定接收信號在源節(jié)點(diǎn)處的調(diào) 制方式，然后就可以進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)譯碼處理。傳統(tǒng)的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)_信道編碼方案中Turbo譯碼所針對的是BPSK調(diào)制方式，而本方 案中源節(jié)點(diǎn)可能采用不同的調(diào)制方式(包括高階調(diào)制)。如果在Turbo譯碼輸入端輸入硬 解調(diào)的判決結(jié)果，其性能將會急劇下降，所以在n2處解調(diào)獲得的軟判決信息尤其重要。在 此，我們以16QAM為例闡述軟判決信息的推導(dǎo)過程。在時刻k，16QAM星座圖上的信號點(diǎn)用復(fù)平面上的實(shí)數(shù)對{Ak，Bk}來表示，它是由四 個比特Iuk, J，i = 1，2，3，4映射得到的。假設(shè)星座圖中所有的符號，以及所有符號所含的 比特，出現(xiàn)的概率是相等的。使用相關(guān)接收，解調(diào)器接收數(shù)據(jù)的同相支路和正交支路Ylk和 YQk可以表示為Ylk = akAk+Ik，YQk = akBk+Qk，其中ak在瑞利衰落信道下是一個瑞利隨機(jī)變 量，在高斯白噪聲信道下為1。Ik和Qk是均值為0，方差為σΝ2的高斯噪聲，且它們是相互 獨(dú)立的。逐比特計(jì)算其似然對數(shù)比，第i個比特IukJi = 1，2，3，4的LLR定義為LLR(uk,i)=log=P(uk,i=1∣Ylk,Yqk)/P(uk,i=0∣Ylk,Yok),i=1,2,3,4采用MAX-LOG-MAP算法，通過求離接收信號Y最近的第i個比特為1的星座點(diǎn)與Y 的距離以及最近的第i個比特為0的星座點(diǎn)與Y的距離就可以求得該比特的軟判決信息。 得到四個比特的軟判決信息后就完成了這個符號的軟判決解調(diào)，即得到解調(diào)器的軟輸出。 令Vi = [νi,ο,vi,1,.νi,N1], i = 1，3代表接收信號Yi的軟判決信息。下一步的網(wǎng)絡(luò)編碼操作是對兩個發(fā)送的數(shù)據(jù)包的軟判決信息V1和V3進(jìn)行合并 (即逐比特異或)，可以表示成<formula>formula see original document page 6</formula>=in(exp(v1,n+exp(v3,n)/1+exp(v1,n+v3,n)
= LLR(m2,n)V1和V3合并(即網(wǎng)絡(luò)編碼)的輸出信號V2經(jīng)信道解碼就能夠得到目標(biāo)數(shù)據(jù)包 (Sr Si)。如果沒有傳輸錯誤的情況下，目的信息數(shù)據(jù)包可以表示成<formula>formula see original document page 6</formula> <formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 6</formula>可以看出，軟判決信息V1和V3經(jīng)過合并(即網(wǎng)絡(luò)編碼)之后，輸出信號V2進(jìn)入 Turbo譯碼器(SIS0迭代譯碼)就能夠得到目標(biāo)數(shù)據(jù)包(S θ S3)。傳統(tǒng)方案的Turbo碼譯碼算法推導(dǎo)時，使用的調(diào)制方式多是BPSK或QPSK。針對高 階軟解調(diào)，必須對輸入Turbo碼譯碼器的LLR做近似。輸入的LLR可以近似的認(rèn)為服從高 斯分布，其條件PDF為
η, ι 、 1f (Yk — Ujnf.P{Yk\uk)=,——7exp{一~k-~\~}其中m和ο 2為LLR的絕對值和方差，可以用統(tǒng)計(jì)量
J N1 Λ'二iZW—講2來代替。譯碼器輸出即為目標(biāo)數(shù)據(jù)包S2 =CS1十S3)。因?yàn)閄OR操作具有以下性質(zhì)戎=& ^々《=&十S1,S, = &十民，接收節(jié)點(diǎn)收
至忡繼節(jié)點(diǎn)廣播的S2,借助已有信息進(jìn)行譯碼(異或)，即可得到對方節(jié)點(diǎn)信息，完成信息交換。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的 這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些 改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法，其特征在于包括如下步驟1)第一源節(jié)點(diǎn)(n1)和第二源節(jié)點(diǎn)(n3)分別對要發(fā)送的數(shù)據(jù)包(S1、S3)進(jìn)行線性編碼和調(diào)制，調(diào)制方式根據(jù)實(shí)際信道狀況自適應(yīng)調(diào)整；然后將調(diào)制信號發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)(n2)；2)中繼節(jié)點(diǎn)(n2)對接收到的來自兩個源節(jié)點(diǎn)的信息分別進(jìn)行調(diào)制信號識別，然后根據(jù)調(diào)制方式信息分別進(jìn)行相應(yīng)的軟解調(diào)；3)中繼節(jié)點(diǎn)(n2)得到兩路信號解調(diào)后的軟判決信息后，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，即合并軟信息，將合并后的軟信息經(jīng)過信道解碼得到目標(biāo)數(shù)據(jù)包并將其廣播；4)兩個源節(jié)點(diǎn)收到中繼節(jié)點(diǎn)(n2)廣播的數(shù)據(jù)包S2，借助已有信息進(jìn)行譯碼即得到對方節(jié)點(diǎn)信息，完成信息交換。FSA00000055409500011.tif
2.如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法，其特 征在于步驟1)中，隨著與中繼節(jié)點(diǎn)距離的增加，源節(jié)點(diǎn)采用的調(diào)制方式的階數(shù)降低，源節(jié) 點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)距離越接近，采用的調(diào)制階數(shù)越高。
3.如權(quán)利要求2所述的基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法，其特 征在于步驟1)中，對于一個源節(jié)點(diǎn)的一個數(shù)據(jù)流在一次會話周期內(nèi)，一層的分組數(shù)據(jù)單 元只采用一種調(diào)制方式。
4.如權(quán)利要求3所述的基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法，其特 征在于所述調(diào)制方式選自二相相移鍵控、四相相移鍵控、八相相移鍵控或十六進(jìn)制正交幅 度調(diào)制等調(diào)制方式中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于自適應(yīng)調(diào)制的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)編碼與信道譯碼的傳輸方法，該方法根據(jù)實(shí)際信道情況自適應(yīng)調(diào)整調(diào)制方式，能在保持較低的誤比特性能的同時，盡可能提高信道容量；包括如下步驟兩個移動源節(jié)點(diǎn)分別對要發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行線性編碼和調(diào)制，調(diào)制方式根據(jù)信道情況自適應(yīng)調(diào)整；然后將調(diào)制信號發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)對接收到的來自兩個源節(jié)點(diǎn)的信息分別進(jìn)行調(diào)制信號識別，再根據(jù)調(diào)制方式信息進(jìn)行相應(yīng)的軟解調(diào)；中繼節(jié)點(diǎn)得到兩路信號解調(diào)后的軟判決信息后，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，即合并軟信息，合并后的軟信息經(jīng)過信道解碼得到目標(biāo)數(shù)據(jù)包，并將其廣播發(fā)送；兩個源節(jié)點(diǎn)收到中繼節(jié)點(diǎn)廣播的數(shù)據(jù)包，借助己有信息進(jìn)行譯碼即得到對方節(jié)點(diǎn)信息，完成信息交換。
文檔編號H04L1/00GK101814974SQ20101012314
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者吳玉成, 李妮, 鄧慧平 申請人:重慶大學(xué)