專利名稱：一種基于交織多址技術(shù)的多用戶雙向中繼通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于交織多址技術(shù)的多用戶雙向中 繼通信方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的蜂窩結(jié)構(gòu)引入中繼的協(xié)作通信方式，在提高邊緣小區(qū)通信質(zhì)量的同時(shí)，還 可以增大小區(qū)覆蓋范圍和盲區(qū)覆蓋，單向中繼系統(tǒng)已有大量深入的研究成果，但單向中繼 系統(tǒng)由于其半雙工的工作模式會(huì)導(dǎo)致頻譜效率的損失，雙向中繼恰能彌補(bǔ)這種損失。同時(shí)， 相對(duì)于傳統(tǒng)的單向中繼，雙向中繼能夠提供更高的頻譜有效性和功率有效性，因而受到了 廣泛的關(guān)注。雙向中繼，是通信中的常見手段，比如用戶之間實(shí)時(shí)文件交互，視頻通信等業(yè)務(wù)， 專用監(jiān)控系統(tǒng)等都需要可靠的雙向通信。由于地理位置間隔或直傳信道質(zhì)量惡劣，期望 實(shí)現(xiàn)雙向通信的用戶無法自行組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可靠通信，這時(shí)候可以利用中繼來協(xié)助完成雙向通 信。無線網(wǎng)絡(luò)編碼，利用無線信號(hào)傳輸?shù)膹V播和疊加特性和先進(jìn)的信號(hào)檢測(cè)方法，能夠?yàn)檫@ 些期望交互信息的用戶對(duì)提供高速可靠的信息傳遞。同時(shí)，無線網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用能夠有效 的提高網(wǎng)絡(luò)整體的頻譜利用率和能量利用率，從而實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的雙向通信，符合未來綠 色通信的需求。多址干擾和符號(hào)間干擾是影響多址無線通信系統(tǒng)性能的兩大限制，近幾年 來Turbo型多用戶檢測(cè)(Multiple User Detection，MUD)被廣泛用來消除多接入干擾 (Multiple Access Interference, MAI)禾口多用戶干擾(Multiple User Interference, MUI)，交織多址接入 Gnterleave Division Multiple Access, IDMA)系統(tǒng)沿用了 MUD，接 收端采用碼片到碼片(Chip by Chip)的迭代多用戶檢測(cè)結(jié)構(gòu)，在發(fā)送端對(duì)不同的用戶使用 不同的交織器，以此來區(qū)分用戶。其中交織器映射規(guī)則的產(chǎn)生是隨機(jī)和獨(dú)立的，交織器打亂 了原來編碼序列的順序。經(jīng)過驗(yàn)證，交織多址接入系統(tǒng)有更高的頻譜利用率，更好的性能和 更低的接收端復(fù)雜度。目前無線網(wǎng)絡(luò)編碼已經(jīng)逐漸受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，其中應(yīng)用在雙向通信中 無線網(wǎng)絡(luò)編碼主要基于部分譯碼轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)編碼。其通信協(xié)議如下兩個(gè)希望進(jìn)行雙向通 信的用戶(即用戶對(duì))利用相同的時(shí)頻資源完成其上行傳輸，基站端將重疊的或相互干擾 的信號(hào)直接映射為網(wǎng)絡(luò)編碼的符號(hào)，然后利用一定的時(shí)頻率資源將該網(wǎng)絡(luò)編碼后的符號(hào)廣 播到該用戶對(duì)，用戶在接收到網(wǎng)絡(luò)編碼的符號(hào)后，利用自己已有的信息進(jìn)行干擾消除后，獲 得來自對(duì)方的有用信息。網(wǎng)絡(luò)編碼具有高的能量利用率，符合未來通信的需求。目前對(duì)基于碼分多址接入(Code Division Multiple Access, CDMA)的多用戶雙 向中繼通信方法有一定的研究成果，該方法一般分為兩個(gè)階段第一階段，不同的用戶對(duì) 將需要進(jìn)行通信的信息加載到不同的正交擴(kuò)頻碼字上，傳輸給中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收 到的信息進(jìn)行譯碼，將用戶對(duì)的信息做異或運(yùn)算；第二階段，將異或運(yùn)算后的信息廣播給用 戶對(duì)，用戶接收到進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼后的信息，利用自己已有的信息進(jìn)行異或運(yùn)算，得到與之通信的對(duì)方用戶信息，完成整個(gè)通信過程。在第一階段中，不同的用戶對(duì)以不同的正交擴(kuò)頻 碼字來區(qū)分，傳輸?shù)街欣^節(jié)點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過線性濾波器恢復(fù)各個(gè)用戶對(duì)發(fā)送的信息。這種方法 引入了擴(kuò)頻冗余卻沒有帶來編碼增益，在實(shí)際系統(tǒng)中，由于擴(kuò)頻碼字不能理想同步而引入 多接入干擾(Multiple Access Interference，MAI)，并且隨著用戶數(shù)的增多，多用戶干擾 (Multiple User Interference, MUI)問題更加嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決基于碼分多址接入的多用戶雙向中繼通信方法的多接 入干擾和多用戶干擾問題，提出一種基于交織多址技術(shù)的多用戶雙向中繼通信方法，具有 最大化的編碼增益和信道容量；可以通過迭代多用戶檢測(cè)算法消除多接入干擾和多用戶干 擾，獲得顯著的性能增益等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明方法提出的一種基于交織多址技術(shù)的多用戶雙向中繼通信方法，分為兩個(gè) 階段其特征在于，第一階段，采用不同的交織器來區(qū)分不同的用戶對(duì)，發(fā)送交織后用戶對(duì)信息序列 到中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信息序列進(jìn)行迭代的多用戶檢測(cè)譯碼，然后將用戶對(duì)譯 碼后得到的信息序列做異或運(yùn)算，得到中間值；具體包括以下步驟(1)對(duì)于用戶對(duì)中相互通信的兩個(gè)用戶的信息序列均經(jīng)過擴(kuò)頻序列和相同的交織 器后傳輸?shù)街欣^節(jié)點(diǎn)；設(shè)第k個(gè)用戶對(duì)的用戶為ki和k2，其中k e {1，...，K}，K為系統(tǒng)中 的用戶對(duì)數(shù)，取值范圍為任意的正整數(shù)；用戶h和1 的信息序列分別為du和dk,2，其中dk, ” dk,2的長度均為N，N的取值范圍為任意的正整數(shù)；所有用戶對(duì)具有相同的擴(kuò)頻序列s，擴(kuò) 頻序列s的長度為S，S的取值范圍為任意的正整數(shù)；經(jīng)過擴(kuò)頻后的信息序列為Cu和ck,2， 長度均為J，J = NX S，經(jīng)過交織器后的信息序列為Xkil和，長度為J不變；將Xka和xk, 2發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)；(2)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的經(jīng)過擴(kuò)頻序列和交織器后的信息序列送入基本信號(hào)檢測(cè) 器(Elementary Signal htimator，ESE)，采用對(duì)數(shù)似然譯碼，得到用戶Ic1交織后信息序列 的對(duì)數(shù)似然值L(Xkil)和用戶1 交織后信息序列的對(duì)數(shù)似然值L0ck,2)；(3)將步驟( 得到的對(duì)數(shù)似然值L(Xkil)進(jìn)行解交織，得到用戶Ic1擴(kuò)頻后信息序 列的對(duì)數(shù)似然值L (cka)，經(jīng)過計(jì)算得到用戶Ic1信息序列的對(duì)數(shù)似然值L (dka)；同理，將步驟 (2)得到的對(duì)數(shù)似然值L(Xk,2)進(jìn)行解交織，得到用戶1 擴(kuò)頻后信息序列的對(duì)數(shù)似然值L(ck, 2)，經(jīng)過計(jì)算得到用戶1 信息序列的對(duì)數(shù)似然值L(dk,2)；(4)利用步驟(3)得到的L(Cka)和Udu)值計(jì)算用戶Ic1通過解擴(kuò)器 (Despreading,DES)后的外部對(duì)數(shù)似然值Ext (Ckil)，將Ext (Ckil)送入交織器得到用戶Ic1交 織后信息序列的外部對(duì)數(shù)似然值Ext Uu)；同理，利用步驟C3)得到的L(Ck,2)和L(dk,2)值 計(jì)算用戶1 通過解擴(kuò)器后的外部對(duì)數(shù)似然值EXt(Ck,2) d#Ext(Ck,2)送入交織器得到用戶 k2交織后信息序列的外部對(duì)數(shù)似然值Ext (xk,2)；(5)將步驟(4)得到的ExtOckJ送入基本信號(hào)檢測(cè)器更新用戶&信息序列的均 值E (Xu)和方差Var (Xu)；同理，將步驟⑷得到的Ext Uk,2)送入基本信號(hào)檢測(cè)器更新用 戶1 信息序列的均值E (xk,2)和方差Var Ock,2)，完成一次循環(huán)；轉(zhuǎn)步驟( 進(jìn)行循環(huán)迭代操 作；在完成預(yù)訂好的循環(huán)迭代次數(shù)(經(jīng)驗(yàn)值為5次到8次之間)后，轉(zhuǎn)步驟(6)；
(6)解擴(kuò)器輸出用戶Ic1的估計(jì)信息序列和用戶1 的估計(jì)信息序列1，2 1，2進(jìn)行異或運(yùn)算后得到中間值1 =I4 dK2 ；第二階段，將異或運(yùn)算后得到的中間值廣播給用戶對(duì)，用戶對(duì)的兩用戶接收到中 間值后，利用自己已有的信息序列同中間值進(jìn)行異或運(yùn)算，得到與之通信的對(duì)方用戶信息 序列，完成整個(gè)通信過程；具體包括以下步驟(7)中繼節(jié)點(diǎn)將步驟(6)中得到的1加載到正交的擴(kuò)頻碼字后廣播至用戶對(duì)k ；(8)用戶Ic1利用信息序列乜和接收到的1進(jìn)行異或運(yùn)算，得到來自用戶1 的信 息序列dk,2 ；同理，用戶1 利用信息序列dk,2和接收到的么進(jìn)行異或運(yùn)算，得到來自用戶ki 的信息序列du。本發(fā)明提出的無線通信中基于交織多址技術(shù)的多用戶雙向中繼通信方法，其優(yōu)點(diǎn) 是1、交織多址可以通過編碼實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻，具有最大化的編碼增益和信道容量。2、可以通過交織多址系統(tǒng)的迭代多用戶檢測(cè)算法消除多接入干擾和多用戶干擾， 獲得顯著的性能增益。3、每對(duì)用戶對(duì)采用同一個(gè)交織器，在一定程度上減少了其他用戶的干擾。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例，介紹本發(fā)明提出的無線通信中基于交織多址 技術(shù)的多用戶雙向中繼通信方法的具體步驟，本發(fā)明實(shí)施例中，以一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)、16個(gè)用 戶，即8個(gè)用戶對(duì)為例，一個(gè)用戶對(duì)的兩個(gè)用戶有進(jìn)行通信的需求。本實(shí)施例方法，分為兩個(gè)階段第一階段，采用不同的8個(gè)交織器來區(qū)分8個(gè)用戶對(duì)，發(fā)送交織后的用戶對(duì)信息序 列到中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信息序列進(jìn)行迭代的多用戶檢測(cè)譯碼，然后將用戶對(duì) 譯碼后得到的信息序列做異或運(yùn)算，得到中間值。具體包括以下步驟(1)用戶對(duì)中相互通信的兩個(gè)用戶的信息序列均經(jīng)過擴(kuò)頻序列和相同的交織器后 傳輸?shù)街欣^節(jié)點(diǎn)；設(shè)第k個(gè)用戶對(duì)的用戶Ic1和k2，其中k1 k2 e {1，··.，8}，用戶Ic1和k2的 信息序列分別為du和dk,2，dka, dk,2 e {-1，+1}，且為等概率出現(xiàn)，長度均為256bits，dka 和dk,2通過相同的擴(kuò)頻序列s，S= {-1, +1}，經(jīng)過擴(kuò)頻后的信息序列為Cu和ck,2，長度均 為512bits，然后經(jīng)過同一個(gè)交織器，信息序列記為Xkil和，長度均為512bits不變；將 Xu和發(fā)送給中繼節(jié)點(diǎn)；(2)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的經(jīng)過擴(kuò)頻序列和交織器后的信息序列送入基本信號(hào)檢測(cè) 器，采用對(duì)數(shù)似然譯碼，得到用戶h交織后信息序列的對(duì)數(shù)似然值L Uu)和用戶1 交織后 信息序列的對(duì)數(shù)似然值L(Xk,2)。具體包括(2-1)在t時(shí)刻，從用戶Ic1到中繼節(jié)點(diǎn)的信道系數(shù)為hu，用戶1 到中繼節(jié)點(diǎn)的信
道系數(shù)為hk,2，設(shè)定、和hk,2已知，則中繼節(jié)點(diǎn)接收到的信息r為
8r =^ (hKixKi + hAi ) +( 1)
k=\其中Iitl為加性高斯白噪聲，其均值為0，方差為O 2 ；接收信息r也可以表示為
r = hkaxk, ^hkj2Xkj2+ξ (2)其中ξ為中繼節(jié)點(diǎn)接收到的其他7個(gè)用戶對(duì)信息(視為第k個(gè)用戶對(duì)的干擾信 息)和加性高斯白噪聲，即 ξ = Σ+hk'axk'a) + no
(3)
k'^k
I可以看成是一個(gè)高斯隨機(jī)變量。
(2-2)對(duì)式(1)中的r求均值E(r)和方差Var (r)，得
權(quán)利要求
1. 一種基于交織多址技木的多用戶雙向中繼通信方法，分為兩個(gè)階段其特征在于，第一階段，采用不同的交織器來區(qū)分不同的用戶對(duì)，發(fā)送交織后用戶對(duì)信息序列到中 繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信息序列進(jìn)行迭代的多用戶檢測(cè)譯碼，然后將用戶對(duì)譯碼后 得到的信息序列做異或運(yùn)算，得到中間值；具體包括以下步驟(1)對(duì)于用戶對(duì)中相互通信的兩個(gè)用戶的信息序列均經(jīng)過擴(kuò)頻序列和相同的交織器后 傳輸?shù)街欣^節(jié)點(diǎn)；設(shè)第k個(gè)用戶對(duì)的用戶為ki和1 ，其中k e {1，...，K}，K為系統(tǒng)中的用 戶對(duì)數(shù)，取值范圍為任意的正整數(shù)；用戶h和1 的信息序列分別為du和dk,2，其中Clkydk, 2的長度均為N，N的取值范圍為任意的正整數(shù)；所有用戶對(duì)具有相同的擴(kuò)頻序列s，擴(kuò)頻序 列s的長度為S，S的取值范圍為任意的正整數(shù)；經(jīng)過擴(kuò)頻后的信息序列為Cu和ck,2，長度 均為J，J = NX S，經(jīng)過交織器后的信息序列為ι和，長度為J不變；將Xka和xk,2發(fā)送 給中繼節(jié)點(diǎn)；(2)中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的經(jīng)過擴(kuò)頻序列和交織器后的信息序列送入基本信號(hào)檢測(cè)器， 采用對(duì)數(shù)似然譯碼，得到用戶h交織后信息序列的對(duì)數(shù)似然值LUu)和用戶1 交織后信 息序列的對(duì)數(shù)似然值L(xk,2)；(3)將步驟(2)得到的對(duì)數(shù)似然值L(Xkil)進(jìn)行解交織，得到用戶Ic1擴(kuò)頻后信息序列的 對(duì)數(shù)似然值L(Ckil),經(jīng)過計(jì)算得到用戶1^信息序列的對(duì)數(shù)似然值Udu)；同理，將步驟(2) 得到的對(duì)數(shù)似然值L0ck,2)進(jìn)行解交織，得到用戶1 擴(kuò)頻后信息序列的對(duì)數(shù)似然值L(Ck,2)， 經(jīng)過計(jì)算得到用戶1 信息序列的對(duì)數(shù)似然值L(dk,2)；(4)利用步驟C3)得到的L(Ckil)和Udu)值計(jì)算用戶Ic1通過解擴(kuò)器后的外部對(duì)數(shù) 似然值Ext (cka)，將Ext (cka)送入交織器得到用戶Ic1交織后信息序列的外部對(duì)數(shù)似然值 EXt(Xka)；同理，利用步驟(3)得到的L(ck,2)和L(dk,2)值計(jì)算用戶1 通過解擴(kuò)器后的外部 對(duì)數(shù)似然值Ext (ck,2)，將Ext (ck,2)送入交織器得到用戶k2交織后信息序列的外部對(duì)數(shù)似 然值 Ext(xk,2)；(5)將步驟⑷得到的ExtUu)送入基本信號(hào)檢測(cè)器更新用戶1^信息序列的均值 E(Xka)和方差Var(Xu)；同理，將步驟⑷得到的Ext Uk,2)送入基本信號(hào)檢測(cè)器更新用戶 1 信息序列的均值E (xk,2)和方差Var (xk,2)，完成一次循環(huán)；轉(zhuǎn)步驟⑵進(jìn)行循環(huán)迭代操作； 在完成預(yù)訂好的循環(huán)迭代次數(shù)后，轉(zhuǎn)步驟(6)；(6)解擴(kuò)器輸出用戶Ic1的估計(jì)信息序列‘和用戶1 的估計(jì)信息序列么，2Mdk^dkM 行異或運(yùn)算后得到中間值1 dK2 ；第二階段，將異或運(yùn)算后得到的中間值廣播給用戶對(duì)，用戶對(duì)的兩用戶接收到中間值 后，利用自己已有的信息序列同中間值進(jìn)行異或運(yùn)算，得到與之通信的對(duì)方用戶信息序列， 完成整個(gè)通信過程；具體包括以下步驟(7)中繼節(jié)點(diǎn)將步驟(6)中得到的1加載到正交的擴(kuò)頻碼字后廣播至用戶對(duì)k;(8)用戶Ic1利用信息序列du和接收到的1進(jìn)行異或運(yùn)算，得到來自用戶1 的信息序 列dk,2 ；同理，用戶1 利用信息序列dk,2和接收到的么進(jìn)行異或運(yùn)算，得到來自用戶Ic1的信 息序列du。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于交織多址技術(shù)的多用戶雙向中繼通信方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，分為兩個(gè)階段第一階段，采用不同的交織器來區(qū)分不同的用戶對(duì)，發(fā)送交織后用戶對(duì)信息序列到中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的信息序列進(jìn)行迭代的多用戶檢測(cè)譯碼，然后將用戶對(duì)譯碼后得到的信息序列做異或運(yùn)算，得到中間值；第二階段，將異或運(yùn)算后得到的中間值廣播給用戶對(duì)，兩用戶接收到中間值后，利用自己的信息序列同中間值進(jìn)行異或運(yùn)算，得到與之通信的對(duì)方用戶信息序列，完成整個(gè)通信過程。本發(fā)明具有最大化的編碼增益和信道容量；可以通過迭代多用戶檢測(cè)算法消除多接入干擾和多用戶干擾，獲得顯著的性能增益等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B7/216GK102130710SQ20111005961
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者劉惜吾, 劉昊朋, 盧鑫, 曾捷, 猶園, 程青燕, 粟欣, 胡莉麗 申請(qǐng)人:清華大學(xué)