專利名稱：一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多用戶多中繼協(xié)作通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)編碼的主要原理是利用中繼節(jié)點(diǎn)處理信息的能力，將接收到的多個(gè)信息進(jìn)行線性或非線性的合并處理后轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳節(jié)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。網(wǎng)絡(luò)編碼最初是在有線網(wǎng)絡(luò)中提出，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展逐漸應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)中，而無線網(wǎng)絡(luò)的廣播特性，進(jìn)一步促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的發(fā)展。目前，無線通信中運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)多為異或網(wǎng)絡(luò)編碼、物理層網(wǎng)絡(luò)編碼、有限域網(wǎng)絡(luò)編碼以及復(fù)數(shù)域網(wǎng)絡(luò)編碼等。研究最多的系統(tǒng)是兩用戶協(xié)作/中繼網(wǎng)絡(luò)。為了使網(wǎng)絡(luò)編碼在無線通信系統(tǒng)中的研究更具有適用性，多用戶協(xié)作/中繼網(wǎng)絡(luò)成為運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編碼的進(jìn)一步研究領(lǐng)域。針對多用戶協(xié)作/中繼網(wǎng)絡(luò)，采用二進(jìn)制異或網(wǎng)絡(luò)編碼得到的編碼包為χ Φ& … x ...，接收端需要接收到足夠的源端用戶直傳信息包才能成功解碼出用戶信息，在無直傳鏈路而靠中繼轉(zhuǎn)發(fā)的的系統(tǒng)中通常難以滿足接收端的正確解碼；有限域網(wǎng)絡(luò)編碼充分利用中繼轉(zhuǎn)發(fā)特性，為多個(gè)中繼選擇線性無關(guān)的編碼系數(shù)對接收到的信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼(這里必須滿足中繼節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)N >源端用戶個(gè)數(shù)M)，單個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的編碼方式為:從有限域(高斯域)中選取編碼系數(shù)對接收到的源端用戶信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，得到的編碼包為Y1,+當(dāng)接收端收到足夠的編碼包時(shí)，便可通過多個(gè)線性無關(guān)的編碼系數(shù)構(gòu)成的矩陣，解碼出用戶信息，因此，有限域網(wǎng)絡(luò)編碼在多用戶系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢逐漸顯不出來。如文 獻(xiàn) Multiple-user cooperative communications basedon linear network coding 中提出的分集網(wǎng)絡(luò)編碼；Design of network codes formultiple-user multiple relay wireless networks中提出的基于最大距離分布碼的網(wǎng)絡(luò)編石馬；Cluster-based cooperative communication with network coding in wirelessnetworks中提出的基于簇群的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)編碼，均利用編碼包的編碼系數(shù)之間的線性無關(guān)性，通過解多個(gè)編碼包構(gòu)成的矩陣，解碼出用戶信息。但是，采用有限域網(wǎng)絡(luò)編碼的系統(tǒng)，接收端不能通過接收到的編碼信息包直接解碼出用戶信息，而需要足夠多數(shù)據(jù)包才能解碼出用戶信息，這對解碼的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)中斷概率提出新的要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，該方法將正交處理技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信中，既滿足了接收端解碼實(shí)時(shí)性，降低系統(tǒng)中斷概率，又有效提升了系統(tǒng)整體性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，包括以下步驟:步驟一:源端用戶對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行低頻正交處理，使處理后的用戶信息滿足兩兩正交；步驟二:將經(jīng)正交處理后的用戶信息進(jìn)行調(diào)制后廣播給中繼節(jié)點(diǎn)；步驟三:中繼節(jié)點(diǎn)對收到的用戶信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼后發(fā)送給接收端；步驟四:接收端通過接收到的編碼信息包解碼出用戶信息。進(jìn)一步，在步驟一中，將源端用戶數(shù)據(jù)與正交低頻信號構(gòu)成的集合E中的元素相乘，使經(jīng)過正交處理后的源端用戶信息滿足兩兩正交，其中:E = (cos2 π fjt, cos2 π f2t,…,cos2 η fMt,...)。進(jìn)一步,在步驟一中,集合E中低頻正交信號的頻率(f” f2,…，fM,…)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于調(diào)制載波cosG^t的中心頻率ω。，滿足接收端解調(diào)時(shí)不會對正交處理信號產(chǎn)生影響。進(jìn)一步，在步驟二中，每個(gè)源端對正交處理后的信息包均采用BPSK調(diào)制方式。進(jìn)一步，在步驟三中，中繼節(jié)點(diǎn)采用的網(wǎng)絡(luò)編碼方式為疊加網(wǎng)絡(luò)編碼方式。進(jìn)一步，在步驟三中，中繼節(jié)點(diǎn)采用的網(wǎng)絡(luò)編碼方式為有限域網(wǎng)絡(luò)編碼方式。進(jìn)一步，在選取編碼系數(shù)時(shí)，需保證編碼包的編碼系數(shù)向量之間滿足線性無關(guān)。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法很好的運(yùn)用了處理后的用戶信息之間兩兩正交這一特點(diǎn)，使接收端在收到一個(gè)編碼信息包后便能直接解碼出用戶信息，真正意義上體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢，既滿足了接收端解碼實(shí)時(shí)性，降低系統(tǒng)中斷概率，又有效提升了系統(tǒng)整體性能。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明: 圖1為本發(fā)明所應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)框架示意圖；圖2為本方法的源端處理到具體編碼流程的示意圖；圖3為接收端直接解碼示意圖；圖4為接收端采用解矩陣方式的解碼示意圖；圖5為本發(fā)明所述方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以一種適合高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)亩嘤脩舳嗵謱泳W(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)模型，為滿足接收端解碼實(shí)時(shí)性和信號傳輸?shù)目煽啃?，提出了一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法。這里以兩跳多用戶協(xié)作網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行說明，系統(tǒng)模型如圖1所示。信息包的傳輸過程由源端-中繼節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)-接收端兩跳組成。本發(fā)明的主要思想如圖2所示。在源端用戶數(shù)據(jù)調(diào)制發(fā)送前，先對每個(gè)源端用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正交處理，所謂正交處理即是從一組由正交載波構(gòu)成的正交集合E =(cos2 π fjt, cos2 π f2t,...，cos2 π fMt,…)中選擇元素與源端用戶數(shù)據(jù)相乘,使處理后的用戶數(shù)據(jù)滿足兩兩正交。集合E中各載波元素的頻率(4^...，^...)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于調(diào)制載波COS ωε 的中心頻率ω。，采用COS ω。!:調(diào)制后的信號會搬移到高頻,而集合E中的元素與信號相乘后僅對信號進(jìn)行微小的搬移，使接收端解調(diào)時(shí)不會對正交處理信號產(chǎn)生影響。源端的正交處理思想用數(shù)學(xué)形式表示如下:
在O≤t≤Tb內(nèi)源端用戶Si, i = 1，2，…，M發(fā)送I個(gè)脈沖數(shù)據(jù)，經(jīng)正交集合E中的元素cos2 π 處理后的低頻信號Xi (t)可表示為如下形式:
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:源端用戶對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行低頻正交處理，使處理后的用戶信息滿足兩兩正交； 步驟二:將經(jīng)正交處理后的用戶信息進(jìn)行調(diào)制后廣播給中繼節(jié)點(diǎn)； 步驟三:中繼節(jié)點(diǎn)對收到的用戶信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼后發(fā)送給接收端； 步驟四:接收端通過接收到的編碼信息包解碼出用戶信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于:在步驟一中，將源端用戶數(shù)據(jù)與正交低頻信號構(gòu)成的集合E = (cos2 η ^t, cos2 π f2t,...，cos2 π fMt,…)中的元素相乘，使經(jīng)過正交處理后的源端用戶信息滿足兩兩正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于:在步驟一中，集合E中低頻正交信號的頻率(f” f2, *.., fM, *..)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于調(diào)制載波cosco。1:的中心頻率ω。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于:在步驟二中，每個(gè)源端對正交處理后的信息包均采用BPSK調(diào)制方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于:在步驟三中，中繼節(jié)點(diǎn)采用的網(wǎng)絡(luò)編碼方式為疊加網(wǎng)絡(luò)編碼方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于:在步驟三中，中繼節(jié)點(diǎn)采用的網(wǎng)絡(luò)編碼方式為有限域網(wǎng)絡(luò)編碼方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其特征在于:在選取編碼系數(shù)時(shí)，需保證編碼包的編碼系數(shù)向量之間滿足線性無關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法，屬于多用戶多中繼協(xié)作通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟步驟一源端用戶對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行低頻正交處理，使處理后的用戶信息滿足兩兩正交；步驟二將經(jīng)正交處理后的用戶信息進(jìn)行調(diào)制后廣播給中繼節(jié)點(diǎn)；步驟三中繼節(jié)點(diǎn)對收到的用戶信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼后發(fā)送給接收端；步驟四接收端通過接收到的編碼信息包解碼出用戶信息。本發(fā)明所述的一種結(jié)合正交處理的網(wǎng)絡(luò)編碼方法很好的運(yùn)用了處理后的用戶信息之間兩兩正交這一特點(diǎn)，使接收端在收到一個(gè)編碼信息包后便能直接解碼出用戶信息，真正意義上體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢，既滿足了接收端解碼實(shí)時(shí)性，降低系統(tǒng)中斷概率，又有效提升了系統(tǒng)整體性能。
文檔編號H04L1/00GK103236908SQ20131021320
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月31日
發(fā)明者彭醇陵, 張祖凡, 楊靜, 李余, 景小榮 申請人:重慶郵電大學(xué)