本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法及裝置。

背景技術(shù)：

采用物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制的雙向中繼系統(tǒng)與傳統(tǒng)中繼系統(tǒng)相比，具有更高的譜效和功效，它可以將雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速率提高100％，所以近年來(lái)無(wú)論是學(xué)界還是工業(yè)界均對(duì)其進(jìn)行了大量研究。要想將該系統(tǒng)投入使用，一個(gè)基本要解決的問(wèn)題便是他的星座圖設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的設(shè)計(jì)。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中所給出的網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式和星座圖設(shè)計(jì)方式為彼此獨(dú)立進(jìn)行的，先設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式，后設(shè)計(jì)星座圖。并且網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式是在源節(jié)點(diǎn)星座圖已選定的情況下進(jìn)行的，其源節(jié)點(diǎn)所用星座圖為qpsk，16qam等常見(jiàn)星座圖，在此基礎(chǔ)上基于使中繼節(jié)點(diǎn)所用星座圖點(diǎn)數(shù)盡可能少的原則，采用最近鄰域先聚合的方式給出了網(wǎng)絡(luò)編碼的映射方式，且只討論了使用星座圖為qpsk和16qam時(shí)的網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式設(shè)計(jì)。

上述方法由于直接規(guī)定了源節(jié)點(diǎn)所用星座圖的形狀，相當(dāng)于加了很強(qiáng)的假設(shè)條件，所以無(wú)法保證所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式和星座圖是采用物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下的雙向系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法及裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式和星座圖在采用物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下的雙向系統(tǒng)無(wú)法保證為最優(yōu)設(shè)計(jì)方式的缺陷。

本發(fā)明一方面提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法，包括：

步驟1，設(shè)置第一源節(jié)點(diǎn)、第二源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)；

步驟2，將所述中繼節(jié)點(diǎn)接收到的混疊星座圖中，歐式距離小于預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)映射到新星座圖的同一個(gè)星座點(diǎn)，使?jié)M足：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0

其中，所述第一源節(jié)點(diǎn)、所述第二源節(jié)點(diǎn)及所述中繼節(jié)點(diǎn)所用的星座圖分別為a＝{a1,...,am},b＝{b1,...,bn},s＝{sij|i＝1,...,m,j＝1,...,n}，m和n分別表示所述第一源節(jié)點(diǎn)的星座圖的階數(shù)和所述第二源節(jié)點(diǎn)的星座圖的階數(shù)，h1和h2表示信道系數(shù)，εr為預(yù)設(shè)閾值，用于調(diào)整中繼節(jié)點(diǎn)處網(wǎng)絡(luò)編碼映射的可靠性；sij＝c(ai,bj)表示當(dāng)所述第一源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)ai，所述第二源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)bj時(shí)，所述中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)sij，c表示網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式：

步驟3，利用兩個(gè)歐氏距離約束參數(shù)εa,εb來(lái)分別控制所述第一源節(jié)點(diǎn)、所述第二源節(jié)點(diǎn)的解碼可靠性，使?jié)M足：

|sij-sik|²≥εa,sij≠sik∈s

|sji-ski|²≥εb,sji≠ski∈s

步驟4，以為目標(biāo)函數(shù)，建立優(yōu)化關(guān)系：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0

ai,ap∈a,bj,bq∈b,sij,spq∈s,i≠p,j≠q

其中，(.)^h表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；

步驟5，對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行求解，以獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的新星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的近似最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，步驟5具體包括：

步驟51，對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行線(xiàn)性變換和第一變量代換，以獲得第一中間優(yōu)化關(guān)系式，

其中，n1、n2和n3分別表示相應(yīng)約束的數(shù)量，n1、n2和n3均為階數(shù)m和n的函數(shù)，表示相應(yīng)系數(shù)矩陣；z1和z2分別為需要設(shè)計(jì)的上行星座圖和下行星座圖；

第一變量代換具體為：

步驟52，利用第二變量代換將所述第一中間優(yōu)化關(guān)系式轉(zhuǎn)換為二次約束的二次優(yōu)化問(wèn)題，所述二次約束的二次優(yōu)化問(wèn)題表達(dá)式為：

z3^tfjz3≥0,＝1,2,...,n3

其中，cj表示系數(shù)向量；

所述第二變量代換為：

其中，pj,qj為中間變量；

步驟53，對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的新星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的近似最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，步驟53具體包括：

步驟531，利用半定松弛算法對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以獲得最優(yōu)解x^*；

步驟532，利用高斯向量法進(jìn)行隨機(jī)近似構(gòu)造法，從所述最優(yōu)解x^*中提取所述二次優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解，所述次優(yōu)解即為近似最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，步驟531具體包括：

根據(jù)矩陣乘積的跡的性質(zhì)，對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行如下變量替換：

x^hδx＝tr(x^hδx)＝tr(δxx^h)

其中，δ表示任意系數(shù)矩陣，xx^t與秩為1的半正定矩陣x等效；

將所述二次優(yōu)化問(wèn)題經(jīng)過(guò)第三變量代換，轉(zhuǎn)換為第二優(yōu)化關(guān)系式，所述第二優(yōu)化關(guān)系式的表達(dá)式為：

s.t.tr(h1iz1)≥1,i＝1,2,...,n1

tr(h2iz2)≥1,i＝1,2,...,n2

tr(djz1)-cjz3＝1,tr(ejz2)-djz3＝0

tr(fjz3)≥0,j＝1,2,...,n3

rank(z1)＝1,rank(z2)＝1

其中，rank(.)為求矩陣的秩，tr(.)為矩陣的跡操作；

通過(guò)松弛掉rank(z1)＝1,rank(z2)＝1，并將松弛為將所述第二優(yōu)化關(guān)系式松弛為第一半定規(guī)劃問(wèn)題，其中所述第一半定規(guī)劃問(wèn)題為：

s.t.tr(h1iz1)≥1,i＝1,2,...,n1

tr(h2iz2)≥1,i＝1,2,...,n2

tr(djz1)-cjz3＝1,tr(ejz2)-djz3＝0

tr(fjz3)≥0,j＝1,2,...,n3

利用凸優(yōu)化算法，求解所述第一半定規(guī)劃問(wèn)題，以獲得最優(yōu)解x^*。

進(jìn)一步的，步驟53具體包括：

步驟533，利用第四變量代換、第五變量代換和第六變量代換，將所述二次優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為第三優(yōu)化關(guān)系式，其中所述第三優(yōu)化關(guān)系式為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

i＝1,2,...,m1,j＝1,2,...,m2,k＝1,2,...,2m1m2

rank(z1)＝1,rank(z2)＝1,rank(z3)＝1

其中，fi,gj,hi,dk,fi,gj,hi,dk為相應(yīng)地系數(shù)矩陣和系數(shù)向量；

所述第四變量代換為：

所述第五變量代換為：

所述第六變量代換為：

步驟534，松弛掉所述第三優(yōu)化關(guān)系式中的秩約束rank(z1)＝1，rank(z2)＝1，rank(z3)＝1和以獲得松弛問(wèn)題，所述松弛問(wèn)題表達(dá)式為

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

i＝1,2,...,m1,j＝1,2,...,m2,k＝1,2,...,2m1m2

步驟535，將所述松弛問(wèn)題的求解轉(zhuǎn)化為第二半定規(guī)劃問(wèn)題的求解，所述第二半定規(guī)劃問(wèn)題為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

步驟536，利用高斯近似法從所述第二半定規(guī)劃問(wèn)題的最優(yōu)解中提取所述二次優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解，所述次優(yōu)解即為近似最優(yōu)解。

本發(fā)明另一方面提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼裝置，包括：

設(shè)置模塊，用于設(shè)置第一源節(jié)點(diǎn)、第二源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)；

映射模塊，用于將所述中繼節(jié)點(diǎn)接收到的混疊星座圖中，歐式距離小于預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)映射到新星座圖的同一個(gè)星座點(diǎn)，使?jié)M足：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0

其中，所述第一源節(jié)點(diǎn)、所述第二源節(jié)點(diǎn)及所述中繼節(jié)點(diǎn)所用的星座圖分別為a＝{a1,...,am},b＝{b1,...,bn},s＝{sij|i＝1,...,m,j＝1,...,n}，m和n分別表示所述第一源節(jié)點(diǎn)的星座圖的階數(shù)和所述第二源節(jié)點(diǎn)的星座圖的階數(shù)，h1和h2表示信道系數(shù)，εr為預(yù)設(shè)閾值，用于調(diào)整中繼節(jié)點(diǎn)處網(wǎng)絡(luò)編碼映射的可靠性；sij＝c(ai,bj)表示當(dāng)所述第一源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)ai，所述第二源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)bj時(shí)，所述中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)sij，c表示網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式：

控制模塊，用于利用兩個(gè)歐氏距離約束參數(shù)εa,εb來(lái)分別控制所述第一源節(jié)點(diǎn)、所述第二源節(jié)點(diǎn)的解碼可靠性，使?jié)M足：

|sij-sik|²≥εa,sij≠sik∈s

|sji-ski|²≥εb,sji≠ski∈s

優(yōu)化關(guān)系建立模塊，用于以為目標(biāo)函數(shù)，建立如下優(yōu)化關(guān)系：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0

ai,ap∈a,bj,bq∈b,sij,spq∈s,i≠p,j≠q

其中，(.)^h表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置；

求解模塊，用于對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行求解，以獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的新星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的近似最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，求解模塊具體包括：

第一中間優(yōu)化關(guān)系式獲取子模塊，用于對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行線(xiàn)性變換和第一變量代換，以獲得第一中間優(yōu)化關(guān)系式，

其中，n1、n2和n3分別表示相應(yīng)約束的數(shù)量，n1、n2和n3均為階數(shù)m和n的函數(shù)，表示相應(yīng)系數(shù)矩陣；z1和z2分別為需要設(shè)計(jì)的上行星座圖和下行星座圖；

第一變量代換具體為：

二次優(yōu)化問(wèn)題表達(dá)式獲取子模塊，利用第二變量代換將所述第一中間優(yōu)化關(guān)系式轉(zhuǎn)換為二次約束的二次優(yōu)化問(wèn)題，所述二次約束的二次優(yōu)化問(wèn)題表達(dá)式為：

z3^tfjz3≥0,＝1,2,...,n3

其中，cj表示系數(shù)向量；

所述第二變量代換為：

其中，pj,qj為中間變量；

求解子模塊，用于對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的新星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的近似最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，求解子模塊具體包括：

最優(yōu)解獲取子模塊，用于利用半定松弛算法對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以獲得最優(yōu)解x^*；

第一次優(yōu)解獲取子模塊，用于利用高斯向量法進(jìn)行隨機(jī)近似構(gòu)造法，從所述最優(yōu)解x^*中提取所述二次優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解，所述次優(yōu)解即為近似最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，最優(yōu)解獲取子模塊具體用于：

根據(jù)矩陣乘積的跡的性質(zhì)，對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行如下變量替換：

x^hδx＝tr(x^hδx)＝tr(δxx^h)

其中，δ表示任意系數(shù)矩陣，xx^t與秩為1的半正定矩陣x等效；

將所述二次優(yōu)化問(wèn)題經(jīng)過(guò)第三變量代換，轉(zhuǎn)換為第二優(yōu)化關(guān)系式，所述第二優(yōu)化關(guān)系式的表達(dá)式為：

s.t.tr(h1iz1)≥1,i＝1,2,...,n1

tr(h2iz2)≥1,i＝1,2,...,n2

tr(djz1)-cjz3＝1,tr(ejz2)-djz3＝0

tr(fjz3)≥0,j＝1,2,...,n3

rank(z1)＝1,rank(z2)＝1

其中，rank(.)為求矩陣的秩，tr(.)為矩陣的跡操作；

通過(guò)松弛掉rank(z1)＝1,rank(z2)＝1，并將松弛為將所述第二優(yōu)化關(guān)系式松弛為第一半定規(guī)劃問(wèn)題，其中所述第一半定規(guī)劃問(wèn)題為：

s.t.tr(h1iz1)≥1,i＝1,2,...,n1

tr(h2iz2)≥1,i＝1,2,...,n2

tr(djz1)-cjz3＝1,tr(ejz2)-djz3＝0

tr(fjz3)≥0,j＝1,2,...,n3

利用凸優(yōu)化算法，求解所述第一半定規(guī)劃問(wèn)題，以獲得最優(yōu)解x^*。

進(jìn)一步的，求解子模塊具體包括：

第三優(yōu)化關(guān)系式獲取子模塊，用于利用第四變量代換、第五變量代換和第六變量代換，將所述二次優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為第三優(yōu)化關(guān)系式，其中所述第三優(yōu)化關(guān)系式為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

i＝1,2,...,m1,j＝1,2,...,m2,k＝1,2,...,2m1m2

rank(z1)＝1,rank(z2)＝1,rank(z3)＝1

其中，fi,gj,hi,dk,fi,gj,hi,dk為相應(yīng)地系數(shù)矩陣和系數(shù)向量；

所述第四變量代換為：

所述第五變量代換為：

所述第六變量代換為：

松弛問(wèn)題表達(dá)式獲取子模塊，用于松弛掉所述第三優(yōu)化關(guān)系式中的秩約束rank(z1)＝1,rank(z2)＝1,rank(z3)＝1和以獲得松弛問(wèn)題，所述松弛問(wèn)題表達(dá)式為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

i＝1,2,...,m1,j＝1,2,...,m2,k＝1,2,...,2m1m2

第二半定規(guī)劃問(wèn)題獲取子模塊，用于將所述松弛問(wèn)題的求解轉(zhuǎn)化為第二半定規(guī)劃問(wèn)題的求解，所述第二半定規(guī)劃問(wèn)題為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

第二次優(yōu)解獲取子模塊，用于利用高斯近似法從所述第二半定規(guī)劃問(wèn)題的最優(yōu)解中提取所述二次優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解，所述次優(yōu)解即為近似最優(yōu)解。

本發(fā)明提供的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法及裝置，可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)下星座圖設(shè)計(jì)，線(xiàn)上根據(jù)信道系數(shù)矯正源節(jié)點(diǎn)(第一源節(jié)點(diǎn)和第二源節(jié)點(diǎn))所發(fā)星座圖的相位，可以降低中繼節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算負(fù)載，降低對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)運(yùn)算能力的要求，減少時(shí)延。另外，在線(xiàn)下設(shè)計(jì)好星座圖的情況下可以實(shí)現(xiàn)信道自適應(yīng)，在功率受限時(shí)，選擇滿(mǎn)足功率限制的具有最大m和n的星座圖。在約束了最小歐式碼距的情況下，m和n越大，信息傳輸速率可能會(huì)更大。

附圖說(shuō)明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的節(jié)點(diǎn)模型圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的模擬域映射準(zhǔn)則示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法流程示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例三提供的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法流程示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例三提供星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例四提供的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例五提供的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例六提供的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例繪制。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例一

請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法，包括：

步驟1，設(shè)置第一源節(jié)點(diǎn)、第二源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)。

如圖2所示，本實(shí)施例采用物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制，完成一次信息交互需要兩個(gè)時(shí)隙，第一個(gè)時(shí)隙第一源節(jié)點(diǎn)sn1(dn1)和第二源節(jié)點(diǎn)sn2(dn1)同時(shí)向中繼節(jié)點(diǎn)rn發(fā)送信號(hào)。此時(shí)，向中繼節(jié)點(diǎn)rn發(fā)送的兩路信號(hào)會(huì)在中繼節(jié)點(diǎn)rn處混疊，第一源節(jié)點(diǎn)sn1(dn1)和第二源節(jié)點(diǎn)sn2(dn1)將接收到的混疊的信號(hào)映射到其星座圖上。在第二個(gè)時(shí)隙，中繼節(jié)點(diǎn)rn同時(shí)向兩個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)(第一源節(jié)點(diǎn)sn1和第二源節(jié)點(diǎn)sn2)進(jìn)行廣播，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)已有的先驗(yàn)信息可以進(jìn)行成功解碼。

步驟2，將所述中繼節(jié)點(diǎn)接收到的混疊星座圖中，歐式距離小于預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)映射到同一個(gè)星座點(diǎn)，使?jié)M足：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0.

其中，所述第一源節(jié)點(diǎn)、所述第二源節(jié)點(diǎn)及所述中繼節(jié)點(diǎn)所用的星座圖分別為a＝{a1,...,am},b＝{b1,...,bn},s＝{sij|i＝1,...,m,j＝1,...,n}，ap為a中的元素，bq為b中的元素，spq為s中的元素，m和n分別表示第一源節(jié)點(diǎn)的星座圖的階數(shù)和第二源節(jié)點(diǎn)的星座圖的階數(shù)，h1和h2表示信道系數(shù)，εr為預(yù)設(shè)閾值，用于調(diào)整中繼節(jié)點(diǎn)處網(wǎng)絡(luò)編碼映射的可靠性；sij＝c(ai,bj)表示當(dāng)所述第一源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)ai，所述第二源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)bj時(shí)，所述中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)sij，c表示網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式：

ak為a中的元素，bk為b中的元素，k為下標(biāo)。

如圖3所示，圖3的左圖表示中繼節(jié)點(diǎn)(rn)接收到的混疊星座圖，右圖為中繼節(jié)點(diǎn)rn用來(lái)廣播的星座圖，即映射成的新的星座圖。按照模擬域映射準(zhǔn)則，在中繼節(jié)點(diǎn)rn接收到的混疊星座圖中，歐式距離小于預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)將被映射到一個(gè)星座點(diǎn)。該準(zhǔn)則統(tǒng)一了上下行的星座圖設(shè)計(jì)，并保證了中繼節(jié)點(diǎn)處網(wǎng)絡(luò)編碼映射的可靠性。

步驟3，利用兩個(gè)歐氏距離約束參數(shù)εa,εb來(lái)分別控制所述第一源節(jié)點(diǎn)、所述第二源節(jié)點(diǎn)的解碼可靠性，使?jié)M足：

|sij-sik|²≥εa,sij≠sik∈s

|sji-ski|²≥εb,sji≠ski∈s。

具體的，要想在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)(第一源節(jié)點(diǎn)sn1和第二源節(jié)點(diǎn)sn2)處成功實(shí)現(xiàn)解碼，一個(gè)必要條件是網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式c需滿(mǎn)足如下法則(exclusivelaw)：

即中繼節(jié)點(diǎn)rn所用星座圖s＝{sij|i＝1,...,m,j＝1,...,n}必須滿(mǎn)足如下條件：

通過(guò)利用兩個(gè)歐氏距離約束參數(shù)εa,εb來(lái)分別控制第一源節(jié)點(diǎn)sn1和第二源節(jié)點(diǎn)sn2的解碼可靠性(誤符號(hào)率)，所以以上法則可以轉(zhuǎn)化為如下表達(dá)式：

|sij-sik|²≥εa,sij≠sik∈s

|sji-ski|²≥εb,sji≠ski∈s

步驟4，以為目標(biāo)函數(shù)，建立如下優(yōu)化關(guān)系：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0

ai,ap∈a,bj,bq∈b,sij,spq∈s,i≠p,j≠q.

其中，(.)^h表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。

具體的，對(duì)于一個(gè)通信系統(tǒng)，在誤符號(hào)率和信息傳輸速率一定的情況下，所用的發(fā)射功率越低，系統(tǒng)越優(yōu)。所以定義系統(tǒng)的平均發(fā)射功率為：

并以之為目標(biāo)函數(shù)，建立如下優(yōu)化關(guān)系：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0

ai,ap∈a,bj,bq∈b,sij,spq∈s,i≠p,j≠q.

通過(guò)求解以上問(wèn)題即可獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的設(shè)計(jì)策略。

步驟5，對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行求解，以獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的新星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的近似最優(yōu)解。

具體的，如采用enhanced-sdr算法和fast-relaxation算法對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行求解，enhanced-sdr算法與fast-relaxation算法所設(shè)計(jì)的星座圖及網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式，與現(xiàn)有技術(shù)中采用一對(duì)一映射及三個(gè)結(jié)點(diǎn)分別采用bpsk、qpsk、8qam相比，均有較大的誤符號(hào)率性能增益。

本實(shí)施例提供的物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法，可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)下星座圖設(shè)計(jì)，線(xiàn)上根據(jù)信道系數(shù)矯正源節(jié)點(diǎn)(第一源節(jié)點(diǎn)sn1和第二源節(jié)點(diǎn)sn2)所發(fā)星座圖的相位，可以降低中繼節(jié)點(diǎn)的運(yùn)算負(fù)載，降低對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)運(yùn)算能力的要求，減少時(shí)延。另外，在線(xiàn)下設(shè)計(jì)好星座圖的情況下可以實(shí)現(xiàn)信道自適應(yīng)，在功率受限時(shí)，選擇滿(mǎn)足功率限制的具有最大m和n的星座圖。在約束了最小歐式碼距的情況下，m和n越大，信息傳輸速率可能會(huì)更大。

實(shí)施例二

如圖4所示，本實(shí)施例提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其中，步驟5具體包括：

步驟51，對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行線(xiàn)性變換和第一變量代換，以獲得第一中間優(yōu)化關(guān)系式，

其中，n1、n2和n3分別表示相應(yīng)約束的數(shù)量，n1、n2和n3均為階數(shù)m和n的函數(shù)，表示相應(yīng)系數(shù)矩陣；z1和z2分別為需要設(shè)計(jì)的上行星座圖和下行星座圖；

第一變量代換具體為：

步驟52，利用第二變量代換將所述第一中間優(yōu)化關(guān)系式轉(zhuǎn)換為二次約束的二次優(yōu)化問(wèn)題，所述二次約束的二次優(yōu)化問(wèn)題表達(dá)式為：

z3^tfjz3≥0,＝1,2,...,n3.

其中，

所述第二變量代換為：

其中，pj,qj為中間變量；

步驟53，對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的新星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的近似最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中采用enhanced-sdr算法對(duì)步驟53的求解過(guò)程進(jìn)行具體說(shuō)明，步驟53具體包括：

步驟531，利用半定松弛算法對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以獲得最優(yōu)解x^*。

具體的，步驟531具體包括：

根據(jù)矩陣乘積的跡的性質(zhì)，對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行如下變量替換：

x^hδx＝tr(x^hδx)＝tr(δxx^h).

xx^t與秩為1的半正定矩陣x等效；

將所述二次優(yōu)化問(wèn)題經(jīng)過(guò)第三變量代換，轉(zhuǎn)換為第二優(yōu)化關(guān)系式，所述第二優(yōu)化關(guān)系式的表達(dá)式為：

s.t.tr(h1iz1)≥1,i＝1,2,...,n1

tr(h2iz2)≥1,i＝1,2,...,n2

tr(djz1)-cjz3＝1,tr(ejz2)-djz3＝0

tr(fjz3)≥0,j＝1,2,...,n3

rank(z1)＝1,rank(z2)＝1

其中，rank(.)為求矩陣的秩，tr(.)為矩陣的跡操作；

通過(guò)松弛掉rank(z1)＝1,rank(z2)＝1，并將松弛為將所述第二優(yōu)化關(guān)系式松弛為第一半定規(guī)劃問(wèn)題，其中所述第一半定規(guī)劃問(wèn)題為：

s.t.tr(h1iz1)≥1,i＝1,2,...,n1

tr(h2iz2)≥1,i＝1,2,...,n2

tr(djz1)-cjz3＝1,tr(ejz2)-djz3＝0

tr(fjz3)≥0,j＝1,2,...,n3

利用凸優(yōu)化算法，求解所述第一半定規(guī)劃問(wèn)題(sdp)，以獲得最優(yōu)解x^*。利用凸優(yōu)化相關(guān)算法，如牛頓法，內(nèi)點(diǎn)法，可以在多項(xiàng)式復(fù)雜度求解此sdp問(wèn)題。

步驟532，利用高斯向量法進(jìn)行隨機(jī)近似構(gòu)造法，從所述最優(yōu)解x^*中提取所述二次優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解，所述次優(yōu)解即為近似最優(yōu)解。

隨機(jī)近似構(gòu)造法的流程如下：

第一步：生成

第二步：構(gòu)造(內(nèi)元素為下行星座點(diǎn))

第三步：在不違背exclusivelaw的前提下，盡可能多地融合中的點(diǎn)(點(diǎn)數(shù)越少，同一發(fā)射功率下歐式碼距越大；另外兩點(diǎn)融合至少存在一種方式可以降低目標(biāo)函數(shù)值，即平均發(fā)射功率)。exclusivelaw是保證成功解碼的必要條件，內(nèi)容如下：

其中c(aj,bi)等為要映射到的星座點(diǎn)，即中的點(diǎn)。

第四步：生成

第五步：構(gòu)造其中m中包含所有的h1i和與相對(duì)應(yīng)的那部分di，意味著不融合。

第六步：根據(jù)情況重復(fù)第一至第五步nrand次，求?。?/p>

選取作為輸出結(jié)果。

在星座圖階數(shù)m＝2,n＝4的情況下，nrand＝10⁷時(shí)其所設(shè)計(jì)的星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式如圖5所示。

實(shí)施例三

在計(jì)算資源受限等情況下，設(shè)計(jì)算法需要具有更低的復(fù)雜度，為了實(shí)現(xiàn)通信性能與計(jì)算資源的折中，可采用fast-relaxation算法，這一算法與enhanced-sdr算法相比可以進(jìn)一步大大地降低計(jì)算復(fù)雜度。

fast-relaxation算法的基本思想依然是先松弛，再隨機(jī)近似。與enhanced-sdr算法不同的是，這一算法沒(méi)有引入新的變量，并且充分利用了約束中各系數(shù)之間的關(guān)系，將所得松弛問(wèn)題中的一些冗余約束進(jìn)行了精簡(jiǎn)，從而大大降低了松弛問(wèn)題的求解復(fù)雜度。

本實(shí)施例采用fast-relaxation算法對(duì)實(shí)施例二中的步驟53的求解過(guò)程進(jìn)行具體說(shuō)明，如圖6所示，本實(shí)施例提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼方法，其中，步驟53具體包括：

步驟533，利用第四變量代換、第五變量代換和第六變量代換，將所述二次優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為第三優(yōu)化關(guān)系式，其中所述第三優(yōu)化關(guān)系式為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

i＝1,2,...,m1,j＝1,2,...,m2,k＝1,2,...,2m1m2

rank(z1)＝1,rank(z2)＝1,rank(z3)＝1

其中，fi,gj,hi,dk,fi,gj,hi,dk為相應(yīng)地系數(shù)矩陣和系數(shù)向量；

所述第四變量代換為：

所述第五變量代換為：

所述第六變量代換為：

步驟534，松弛掉所述第三優(yōu)化關(guān)系式中的秩約束rank(z1)＝1,rank(z2)＝1,rank(z3)＝1和以獲得松弛問(wèn)題，所述松弛問(wèn)題表達(dá)式為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

i＝1,2,...,m1,j＝1,2,...,m2,k＝1,2,...,2m1m2

步驟535，將所述松弛問(wèn)題的求解轉(zhuǎn)化為第二半定規(guī)劃問(wèn)題的求解，所述第二半定規(guī)劃問(wèn)題為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

具體的，因?yàn)榇罅糠峭苟渭s束的存在，所以所得問(wèn)題依然是非凸的。但是通過(guò)各約束函數(shù)系數(shù)間的關(guān)系可知，當(dāng)z4＝0時(shí)，可以利用前三組約束推出第四組約束，即第四組約束是冗余的。由此可知，以上松弛問(wèn)題的求解，可以轉(zhuǎn)化為第二sdp(半定規(guī)劃)問(wèn)題的求解。

步驟536，利用高斯近似法從所述第二半定規(guī)劃問(wèn)題的最優(yōu)解中提取所述二次優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解，所述次優(yōu)解即為近似最優(yōu)解。

具體的，類(lèi)似于enhanced-sdr算法，針對(duì)fast-relaxation算法提出了一種高斯近似法以從松弛問(wèn)題的最優(yōu)解中提取原問(wèn)題的解，即新星座圖。與enhanced-sdr算法求解過(guò)程不同的是，沒(méi)有選擇盡可能多地去融合下行星座圖的星座點(diǎn)，從而為保證了所得解實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)的可能性。

高斯近似法流程如下：

第一步：生成

第二步：構(gòu)造(內(nèi)元素為下行星座點(diǎn))；

第三步：在不違背exclusivelaw的前提下，將中距離很近的的點(diǎn)融合。(此處沒(méi)有選擇盡可能多地去融合，保留了求取全局最優(yōu)的可能性；兩點(diǎn)融合至少存在一種方式可以降低目標(biāo)函數(shù)值，即平均發(fā)射功率)。

第四步：生成其中，

第五步：構(gòu)造其中m中包含所有的系數(shù)矩陣fi,gj的維度補(bǔ)0擴(kuò)展，以及與相對(duì)應(yīng)的部分意味著相對(duì)應(yīng)星座點(diǎn)未融合。

第六步：根據(jù)情況重復(fù)第一至第五步nrand次，求取：

選取作為輸出結(jié)果。

最后，對(duì)fast-relaxation算法的性能進(jìn)行詳細(xì)地理論分析，并求出了這一算法的近似比：

其中，表示所設(shè)計(jì)星座圖的平均發(fā)射功率，vopt表示理論最優(yōu)星座圖的發(fā)射功率，m1,m2,m3是優(yōu)化問(wèn)題中相應(yīng)約束的個(gè)數(shù)，其均是星座圖調(diào)制階數(shù)m,n的函數(shù)。

根據(jù)fast-relaxation算法，在m＝2,n＝4，nrand＝10⁷的情況下所設(shè)計(jì)的星座圖及網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式如圖7所示。

實(shí)施例四

如圖8所示，本實(shí)施例提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼裝置，包括設(shè)置模塊201、映射模塊202、控制模塊203、優(yōu)化關(guān)系建立模塊204和求解模塊205。

其中，設(shè)置模塊201，用于設(shè)置第一源節(jié)點(diǎn)、第二源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)；

映射模塊202，用于將所述中繼節(jié)點(diǎn)接收到的混疊星座圖中，歐式距離小于預(yù)設(shè)閾值的點(diǎn)映射到新星座圖的同一個(gè)星座點(diǎn)，使?jié)M足：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0.

其中，所述第一源節(jié)點(diǎn)、所述第二源節(jié)點(diǎn)及所述中繼節(jié)點(diǎn)所用的星座圖分別為a＝{a1,...,am},b＝{b1,...,bn},s＝{sij|i＝1,...,m,j＝1,...,n}，m和n分別表示第一源節(jié)點(diǎn)的星座圖的階數(shù)和第二源節(jié)點(diǎn)的星座圖的階數(shù)，h1和h2表示信道系數(shù)，εr為預(yù)設(shè)閾值，用于調(diào)整中繼節(jié)點(diǎn)處網(wǎng)絡(luò)編碼映射的可靠性；sij＝c(ai,bj)表示當(dāng)所述第一源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)ai，所述第二源節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)bj時(shí)，所述中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射信號(hào)sij，c表示網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式：

控制模塊203，用于利用兩個(gè)歐氏距離約束參數(shù)εa,εb來(lái)分別控制所述第一源節(jié)點(diǎn)、所述第二源節(jié)點(diǎn)的解碼可靠性，使?jié)M足：

|sij-sik|²≥εa,sij≠sik∈s

|sji-ski|²≥εb,sji≠ski∈s

優(yōu)化關(guān)系建立模塊204，用于以為目標(biāo)函數(shù)，建立如下優(yōu)化關(guān)系：

[|(h1ai+h2bj)-(h1ap+h2bq)|²-εr]|sij-spq|²≥0

ai,ap∈a,bj,bq∈b,sij,spq∈s,i≠p,j≠q.

求解模塊205，用于對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行求解，以獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的新星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的近似最優(yōu)解。

實(shí)施例四是與實(shí)施例一對(duì)應(yīng)的裝置實(shí)施例，具體可參見(jiàn)實(shí)施例一中的記載，在此不再贅述。

實(shí)施例五

如圖9所示，本實(shí)施例提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼裝置，其中，求解模塊205具體包括：

第一中間優(yōu)化關(guān)系式獲取子模塊2051，用于對(duì)所述優(yōu)化關(guān)系進(jìn)行線(xiàn)性變換和第一變量代換，以獲得第一中間優(yōu)化關(guān)系式，

其中，n1、n2和n3分別表示相應(yīng)約束的數(shù)量，均為階數(shù)m和n的函數(shù)，表示相應(yīng)系數(shù)矩陣；z1和z2分別為需要設(shè)計(jì)的上行星座圖和下行星座圖；

第一變量代換具體為：

二次優(yōu)化問(wèn)題表達(dá)式獲取子模塊2052，利用第二變量代換將所述第一中間優(yōu)化關(guān)系式轉(zhuǎn)換為二次約束的二次優(yōu)化問(wèn)題，所述二次約束的二次優(yōu)化問(wèn)題表達(dá)式為：

z3^tfjz3≥0,＝1,2,...,n3.

其中，

所述第二變量代換為：

其中，pj,qj為中間變量；

求解子模塊2053，用于對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以獲得物理層網(wǎng)絡(luò)編碼機(jī)制下雙向中繼網(wǎng)絡(luò)的新星座圖和網(wǎng)絡(luò)編碼映射方式的近似最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，求解子模塊2053具體包括：

最優(yōu)解獲取子模塊2053a，用于利用半定松弛算法對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以獲得最優(yōu)解x^*。

進(jìn)一步的，最優(yōu)解獲取子模塊2053a具體用于：

根據(jù)矩陣乘積的跡的性質(zhì)，對(duì)所述二次優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行如下變量替換：

x^hδx＝tr(x^hδx)＝tr(δxx^h).

xx^t與秩為1的半正定矩陣x等效；

將所述二次優(yōu)化問(wèn)題經(jīng)過(guò)第三變量代換，轉(zhuǎn)換為第二優(yōu)化關(guān)系式，所述第二優(yōu)化關(guān)系式的表達(dá)式為：

s.t.tr(h1iz1)≥1,i＝1,2,...,n1

tr(h2iz2)≥1,i＝1,2,...,n2

tr(djz1)-cjz3＝1,tr(ejz2)-djz3＝0

tr(fjz3)≥0,j＝1,2,...,n3

rank(z1)＝1,rank(z2)＝1

其中，rank(.)為求矩陣的秩，tr(.)為矩陣的跡操作；

通過(guò)松弛掉rank(z1)＝1,rank(z2)＝1，并將松弛為將所述第二優(yōu)化關(guān)系式松弛為第一半定規(guī)劃問(wèn)題，其中所述第一半定規(guī)劃問(wèn)題為：

s.t.tr(h1iz1)≥1,i＝1,2,...,n1

tr(h2iz2)≥1,i＝1,2,...,n2

tr(djz1)-cjz3＝1,tr(ejz2)-djz3＝0

tr(fjz3)≥0,j＝1,2,...,n3

利用凸優(yōu)化算法，求解所述第一半定規(guī)劃問(wèn)題，以獲得最優(yōu)解x^*。

第一次優(yōu)解獲取子模塊2053b，用于利用高斯向量法進(jìn)行隨機(jī)近似構(gòu)造法，從所述最優(yōu)解x^*中提取所述二次優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解，所述次優(yōu)解即為近似最優(yōu)解。

實(shí)施例五是與實(shí)施例二對(duì)應(yīng)的裝置實(shí)施例，具體可參見(jiàn)實(shí)施例二中的記載，在此不再贅述。

實(shí)施例六

如圖10所示，本實(shí)施例提供一種物理層網(wǎng)絡(luò)編碼裝置，其中，求解子模塊2053具體包括：

第三優(yōu)化關(guān)系式獲取子模塊2054a，用于利用第四變量代換、第五變量代換和第六變量代換，將所述二次優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為第三優(yōu)化關(guān)系式，其中所述第三優(yōu)化關(guān)系式為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

i＝1,2,...,m1,j＝1,2,...,m2,k＝1,2,...,2m1m2

rank(z1)＝1,rank(z2)＝1,rank(z3)＝1

其中，fi,gj,hi,dk,fi,gj,hi,dk為相應(yīng)地系數(shù)矩陣和系數(shù)向量；

所述第四變量代換為：

所述第五變量代換為：

所述第六變量代換為：

松弛問(wèn)題表達(dá)式獲取子模塊2054b，用于松弛掉所述第三優(yōu)化關(guān)系式中的秩約束rank(z1)＝1,rank(z2)＝1,rank(z3)＝1和以獲得松弛問(wèn)題，所述松弛問(wèn)題表達(dá)式為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

i＝1,2,...,m1,j＝1,2,...,m2,k＝1,2,...,2m1m2

第二半定規(guī)劃問(wèn)題獲取子模塊2054c，用于將所述松弛問(wèn)題的求解轉(zhuǎn)化為第二半定規(guī)劃問(wèn)題的求解，所述第二半定規(guī)劃問(wèn)題為：

mintr(z1)+tr(z2)+tr(z3)

s.t.tr(fiz1)≥1,i＝1,2,...,m1

tr(gjz2)≥1,j＝1,2,...,m2

tr(hiz3)≥1,i＝1,2,...,m3

第二次優(yōu)解獲取子模塊2054d，用于利用高斯近似法從所述第二半定規(guī)劃問(wèn)題的最優(yōu)解中提取所述二次優(yōu)化問(wèn)題的次優(yōu)解，所述次優(yōu)解即為近似最優(yōu)解。

實(shí)施例六是與實(shí)施例三對(duì)應(yīng)的裝置實(shí)施例，具體可參見(jiàn)實(shí)施例三中的記載，在此不再贅述。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來(lái)。本發(fā)明并不局限于文中公開(kāi)的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。