一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法。按如下步驟進(jìn)行：信源節(jié)點(diǎn)根據(jù)所選的星座調(diào)制方式，分散重組數(shù)據(jù)幀，在各自的時隙將信號星座調(diào)制發(fā)送給中繼集1中的節(jié)點(diǎn)；該節(jié)點(diǎn)收到信號后，作出判決，如果只收到單個信源節(jié)點(diǎn)的信號并且其星座調(diào)制方式與該節(jié)點(diǎn)所采用調(diào)制方式相同，則直接對信號放大后發(fā)送到中繼集2中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；否則，進(jìn)行星座解調(diào)、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼、數(shù)據(jù)幀分散重組、星座調(diào)制后，發(fā)送到中繼集2中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；以此類推，中繼集中的節(jié)點(diǎn)對信號以相同的方式處理；目的節(jié)點(diǎn)收到多條鏈路的信號進(jìn)行聯(lián)合譯碼。本發(fā)明根據(jù)星座調(diào)制方法不同比特位的錯誤概率的差異，在多跳傳輸中保護(hù)部分?jǐn)?shù)據(jù)塊，從而降低網(wǎng)絡(luò)整體數(shù)據(jù)塊的誤塊率。
【專利說明】一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信技術(shù)的高速發(fā)展，終端用戶對系統(tǒng)信息的傳輸傳輸速率、可靠性、吞吐量等性能指標(biāo)的要求不斷提高。近年來，出現(xiàn)了很多無線通信技術(shù)，已有的研究表明多天線MMO技術(shù)能夠提高傳輸可靠性、降低誤碼率等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其在工程應(yīng)用上卻受到移動用戶終端的自身體積、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度以及功耗等因素的限制。協(xié)作通信技術(shù)利用多個單天線的節(jié)點(diǎn)建立協(xié)作關(guān)系從而形成虛擬ΜΜ0，解決MMO技術(shù)在中小型設(shè)備的多天線限制，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。此外，網(wǎng)絡(luò)編碼(network coding, NC)技術(shù)不僅能有效提高系統(tǒng)的資源利用率、提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量、均衡網(wǎng)絡(luò)流量，還能提高帶寬利用率、增加系統(tǒng)容錯性。
[0003]多源分布式網(wǎng)絡(luò)具有構(gòu)建簡單靈活、中繼協(xié)議靈活多變、可適用于不同無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。無線通信利用無線電磁波進(jìn)行信息的傳輸，信號的傳輸過程常會伴隨有各類干擾、多徑衰落、陰影效應(yīng)等，從而使得信號產(chǎn)生失真，無線通信質(zhì)量面臨著巨大的考驗。信道編碼通過增加冗余比特進(jìn)行差錯控制，信道編碼理論比較成熟，常利用信道編碼實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的高效可靠傳輸。
[0004]目前，已有部分學(xué)者致力于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸方法的研究，其場景主要是源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間存在單跳傳輸鏈路。然而，在實(shí)際工程中，由于無線通信環(huán)境的惡劣，或者信源發(fā)送終端節(jié)點(diǎn)的功率的限制，源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間直接傳輸鏈路并不總是存在的，即必須通過中繼節(jié)點(diǎn)對信息的轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)亩嘣炊嗵植际骄W(wǎng)絡(luò)。然而在多跳無線網(wǎng)絡(luò)中，誤碼的隨機(jī)性使得每一跳數(shù)據(jù)塊都有可能受到“污染”，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高吞吐率、低誤碼率等性能指標(biāo)顯然將面臨很大的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法，能夠在多跳數(shù)據(jù)傳輸中減小“受保護(hù)數(shù)據(jù)塊”的錯誤概率，降低網(wǎng)絡(luò)整體的錯誤概率，從而提聞網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)多跳協(xié)作傳輸方法，其實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0007]第一步，信源信息傳輸過程:信源節(jié)點(diǎn)Si (i=l, 2……，η)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號比特序列劃分為固定大小的數(shù)據(jù)塊，然后進(jìn)行信道編碼、分散重組、星座調(diào)制，將調(diào)制后的信號發(fā)送給中繼集I中的節(jié)點(diǎn)；
[0008]第二步，中繼集節(jié)點(diǎn)對信息處理過程:中繼集I中的節(jié)點(diǎn)收到信號后，作出判決，如果只收到單個信源節(jié)點(diǎn)的信號并且其星座調(diào)制方式與該中繼節(jié)點(diǎn)所采用的星座調(diào)制方式相同，則直接對信號放大后發(fā)送到中繼集2中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；否則，進(jìn)行星座解調(diào)、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼、數(shù)據(jù)幀分散重組、再次星座調(diào)制后，發(fā)送到中繼集2中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；以此類推，中繼集i(i > 2)中的節(jié)點(diǎn)對信號的處理方式與中繼集I中的節(jié)點(diǎn)對信號處理方式相同；
[0009]第三步，目的節(jié)點(diǎn)聯(lián)合譯碼過程:目的節(jié)點(diǎn)收到多條鏈路的信號進(jìn)行聯(lián)合譯碼。[0010]進(jìn)一步，在第一步和第二步中，所述的分散重組，其方法為，根據(jù)所選的星座調(diào)制的比特位錯誤概率的不同，把“受保護(hù)數(shù)據(jù)塊”的比特位分散在星座調(diào)制錯誤概率的低的比特位，其余“數(shù)據(jù)塊”的比特位分散于星座調(diào)制錯誤概率的高的比特位，實(shí)現(xiàn)保護(hù)部分?jǐn)?shù)據(jù)塊，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)整體的誤塊率降低。
[0011]進(jìn)一步，第二步中，所述按照的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼形成數(shù)據(jù)幀，其要求每個節(jié)點(diǎn)在信息傳輸前生成相同的網(wǎng)絡(luò)編碼向量H，其任意行的第一列的數(shù)是在有限域GF (2m)中隨機(jī)選取的不包含O和I的不同數(shù)，其他列的數(shù)可以按照范德蒙行列式的規(guī)則形成傳送數(shù)據(jù)幀時只需傳送編碼向量行索引，而不是整個編碼系數(shù)。
[0012]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果:
[0013]該方法應(yīng)用于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸場景，在多跳環(huán)境中，利用星座調(diào)制的比特位的誤比特的不同，星座調(diào)制“好的”(錯誤概率低)比特位放置“受保護(hù)數(shù)據(jù)塊”的比特，從而有效地降低誤碼在所有數(shù)據(jù)塊發(fā)生，保護(hù)部分?jǐn)?shù)據(jù)塊，提高系統(tǒng)吞吐率。
[0014]本發(fā)明的方法還利用編碼的分散重組，信道編碼能夠更有效糾正隨機(jī)錯誤。另外，本方法將網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用在多跳中繼協(xié)作系統(tǒng)中，允許中繼節(jié)點(diǎn)對來自不同信源的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼以此提高網(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。
[0015]所采用的網(wǎng)絡(luò)編碼為隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼，在數(shù)據(jù)幀傳輸中與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼不同，只需傳輸編碼向量索引，而不是整個編碼向量，從而減小額外數(shù)據(jù)傳輸開銷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停?br> [0017]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ停?br> [0018]圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1的系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0019]圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1的數(shù)據(jù)塊分散重組示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明的實(shí)施例1中傳統(tǒng)直接傳輸方法和基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法誤塊率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]圖1示出的是本發(fā)明的基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?，該模型包含多個信源節(jié)點(diǎn)Si (i=l, 2……，η)，多個中繼節(jié)點(diǎn)集Rj (j=l, 2……，η)和一個目的節(jié)點(diǎn)D。本發(fā)明基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)多跳協(xié)作傳輸方法主要包括如下步驟進(jìn)行:
[0023]第一步，信源信息傳輸過程:信源節(jié)點(diǎn)Si (i=l, 2……，η)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號比特序列劃分為固定大小的數(shù)據(jù)塊，然后進(jìn)行信道編碼、分散重組、星座調(diào)制，把調(diào)制后的信號發(fā)送給中繼集I中的節(jié)點(diǎn)；[0024]第二步，中繼集節(jié)點(diǎn)對信息處理過程:中繼集I中的節(jié)點(diǎn)收到信號后，作出判決，如果只收到單個信源節(jié)點(diǎn)的信號并且其星座調(diào)制方式與該中繼節(jié)點(diǎn)所采用的星座調(diào)制方式相同，則直接對信號放大后發(fā)送到中繼集2中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；否則，進(jìn)行星座解調(diào)、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼、數(shù)據(jù)幀分散重組、再次星座調(diào)制后，發(fā)送到中繼集2中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；以此類推，中繼集i(i > 2)中的節(jié)點(diǎn)對信號的處理方式與中繼集I中的節(jié)點(diǎn)對信號處理方式相同；
[0025]第一步和第二步中，所述的分散重組，其方法為，根據(jù)所選的星座調(diào)制的比特位錯誤概率的不同，把“受保護(hù)數(shù)據(jù)塊”的比特位分散在星座調(diào)制錯誤概率的低的比特位，其余“數(shù)據(jù)塊”的比特位分散于星座調(diào)制錯誤概率的高的比特位，實(shí)現(xiàn)保護(hù)部分?jǐn)?shù)據(jù)塊，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)整體的誤塊率降低。
[0026]第二步中，所述按照的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼形成數(shù)據(jù)幀，其要求每個節(jié)點(diǎn)在信息傳輸前生成相同的網(wǎng)絡(luò)編碼向量H，其任意行的第一列的數(shù)是在有限域GF(2m)中隨機(jī)選取的不同數(shù)(不包含O和1)，其他列的數(shù)可以按照范德蒙行列式的規(guī)則形成，例如:H的第j行為
….兄)，_!/f GF(2")，/?/l式0，1丨_，傳送數(shù)據(jù)幀時只需傳送編碼向量行索引，而不
是整個編碼系數(shù)。
[0027]第三步，目的節(jié)點(diǎn)聯(lián)合譯碼過程:目的節(jié)點(diǎn)收到多條鏈路的信號進(jìn)行聯(lián)合譯碼。
[0028]下面介紹一個兩個信源兩跳情況的具體實(shí)例，如圖2所示，包括2個源節(jié)點(diǎn)，3個中繼節(jié)點(diǎn)，I個目的節(jié)點(diǎn)；源節(jié)點(diǎn)S為MS (Mobile Station)，中繼節(jié)點(diǎn)R為RS(RelayStation)，目的節(jié)點(diǎn)可以為BS或者RS，每個節(jié)點(diǎn)處于半雙工模式。MS和RS采用TDM(TimeDivision Multiple)，時分復(fù)用)的工作方式。RS可以利用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)同時來協(xié)助多個用戶進(jìn)行信息傳輸。其中:
[0029]第一步，信源信 息傳輸過程:
[0030]時隙1，信源S1對輸入的比特流進(jìn)行分片，每片信息繼續(xù)劃分為等大小的數(shù)據(jù)塊大小選取n=8bit ;信道糾錯碼采用CRC-1TU 4bits (CRC長度N1=5)，生成多項式為g(x)=x4+x+l的循環(huán)冗余校驗碼(CRC)，以及編碼效率為R=l/2，約束長度L=7，生成多項式[gl，g2] = [171，133]的卷積碼；一個數(shù)據(jù)塊，經(jīng)過CRC以及卷積編碼后其比特大小為:
[0031]Ien= (n+N^ /R=24
[0032]信道編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分散重組，其原理如圖4所示，根據(jù)星座映射比特位的錯誤概率的不同(16-QAM中，比特位1、3的錯誤概率低于比特位2、4)，“受保護(hù)的數(shù)據(jù)塊”的比特位分散在星座調(diào)制“好的”比特位(低錯誤概率)，“不受保護(hù)的數(shù)據(jù)塊”的比特位分散在星座調(diào)制“差的”比特位(高錯誤概率)，然后采用帶格雷映射的16-QAM調(diào)制信號X1發(fā)送出去。
[0033]時隙2，，信源S2對信息的處理與S1類似，最終將星座調(diào)制信號X2發(fā)送出去。
[0034]第二步，中繼集節(jié)點(diǎn)對信息處理過程:
[0035]時隙3，中繼集I中的中繼節(jié)點(diǎn)R2收到信號2路源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號尤、之后，判
斷信號的星座調(diào)制方式是否與該中繼節(jié)點(diǎn)的星座調(diào)制方式相同，在本實(shí)施案例中星座解調(diào)方式始終采用16-QAM，則只需對信號進(jìn)行星座解調(diào)、網(wǎng)絡(luò)編碼形成新的數(shù)據(jù)幀，然后進(jìn)行星座映射發(fā)送信號至目的節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)Rp R3收到單條鏈路信號，直接放大轉(zhuǎn)發(fā)。
[0036]例如中繼節(jié)點(diǎn)R2收到信號為尤、毛后，進(jìn)行星座解調(diào)，得到C1, C2，然后從隨機(jī)選取編碼向量H:
【權(quán)利要求】
1.一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行: 第一步，信源信息傳輸過程:信源節(jié)點(diǎn)Si (i=l, 2……，η)將待發(fā)送的二進(jìn)制信號比特序列劃分為固定大小的數(shù)據(jù)塊，然后進(jìn)行信道編碼、分散重組、星座調(diào)制，把調(diào)制后的信號發(fā)送給中繼集I中的節(jié)點(diǎn)； 第二步，中繼集節(jié)點(diǎn)信息處理過程:中繼集I中的節(jié)點(diǎn)收到信號后，作出判決，如果只收到單個信源節(jié)點(diǎn)的信號并且其星座調(diào)制方式與該中繼節(jié)點(diǎn)所采用的星座調(diào)制方式相同，則直接對信號放大后發(fā)送到中繼集2中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；否則，進(jìn)行星座解調(diào)、隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼、數(shù)據(jù)幀分散重組、星座調(diào)制后，發(fā)送到中繼集2中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)；以此類推，中繼集i(i ^ 2)中的節(jié)點(diǎn)對信號的處理方式與中繼集I中的節(jié)點(diǎn)對信號處理方式相同； 第三步，目的節(jié)點(diǎn)聯(lián)合譯碼過程:目的節(jié)點(diǎn)收到多條鏈路的信號進(jìn)行聯(lián)合譯碼。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法，其特征在于:第一步和第二步中，所述的分散重組，其方法為，根據(jù)所選的星座調(diào)制的比特位錯誤概率的不同，把“受保護(hù)數(shù)據(jù)塊”的比特位分散在星座調(diào)制錯誤概率的低的比特位，其余“數(shù)據(jù)塊”的比特位分散于星座調(diào)制錯誤概率的高的比特位，實(shí)現(xiàn)保護(hù)部分?jǐn)?shù)據(jù)塊，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)整體的誤塊率降低。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法，其特征在于:第二步中，所述按照的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼形成數(shù)據(jù)幀，其要求每個節(jié)點(diǎn)在信息傳輸前生成相同的網(wǎng)絡(luò)編碼向量H，其任意行的第一列的數(shù)是在有限域GF(2m)中隨機(jī)選取的不包含O和I的不同數(shù)，其他列的數(shù)可以按照范德蒙行列式的規(guī)則形成傳送數(shù)據(jù)幀時只需傳送編碼向量行索引，而不是整個編碼系數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于多源分布式網(wǎng)絡(luò)的多跳協(xié)作傳輸方法,其特征在于:所述范德蒙行列式的規(guī)則為: H的第j行為Λ,,.= (hn,h:,…h(huán)nn),{hn E GFiTlhn Φ 0,1|，行向量比中數(shù)成冪次關(guān)系。
【文檔編號】H04B7/15GK103580809SQ201310598429
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】陳桂梅, 馬忠貴, 陳林旗, 班莎 申請人:北京科技大學(xué)