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1、10申请公布号CN104158628A43申请公布日20141119CN104158628A21申请号201410421529022申请日20140825H04L1/00200601H04B7/1520060171申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号72发明人于启月李亚添智小楠孟维晓74专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人杨立超54发明名称基于唯一可译码的中继转发方法57摘要基于唯一可译码的中继转发方法，本发明涉及基于唯一可译码的中继转发方法。本发明是要解决现有物理层网络编码在瑞利信道误码率高及在MM3节点的中继系统中，需要传输的时隙数量。
2、增多，系统的吞吐量降低的问题。对于一个M节点的中继系统，包括M1个用户节点和一个中继节点，任意一个用户节点利用两个时隙通过中继节点获得其他任意用户节点所发送的信息；在第一个时隙中，所有M1个用户节点将进行唯一可译码编码后的信息，发送给中继节点；在第二个时隙中，中继节点经过判决和转发，把判决后的结果以广播的形式发送，每个用户节点通过把接收到的广播信息与唯一可译码的译码匹配。本发明应用于通信领域。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图4页10申请公布号CN104158628ACN104158628A1/2页21基于。
3、唯一可译码的中继转发方法，其特征在于基于唯一可译码的中继转发方法按以下步骤实现对于一个M节点的中继系统，包括M1个用户节点和一个中继节点，任意一个用户节点利用两个时隙通过中继节点获得其他任意用户节点所发送的信息；其中，在第一个时隙中，所有M1个用户节点将进行唯一可译码编码后的信息，发送给中继节点；然后在第二个时隙中，中继节点经过判决和转发，把判决后的结果以广播的形式发送，每个用户节点通过把接收到的广播信息与唯一可译码的译码匹配，从而获得其余用户节点所发送的信息，即完成了基于唯一可译码的中继转发方法。2根据权利要求1所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述第一个时隙的执行步骤如下步骤一。
4、，所有M1个用户节点，将用户节点的有效信息数据通过唯一可译码编码器，得到编码后的码字D1,D2,DM1；其中，所述每一个码字都是一个N维向量；步骤二，将步骤一中得到的M1个码字D1,D2,DM1，分别调制成S1,S2,SM1，其中SI代表第一个时隙中，第I个用户发送的调制后的符号，其中，I1,2,M1；步骤三，将步骤二中的S1,S2,SM1分别经过信道H1,H2,HM1，在中继节点接收到信号RR；其中，其中，所述WR表示在第一个时隙内，中继节点处的高斯白噪声，并且WR为N维向量；所述信道H1,H2,HM1，如果H1H2HM11，那么在时隙1中，每个用户和中继节点的信道就是高斯信道；如果信道H1。
5、,H2,HM1都是服从独立同分布的瑞利分布，那么每个用户和中继节点的信道就是瑞利信道；步骤四，将RR通过中继节点的判决器判决为判决后的符号步骤五，计算集合其中，HI代表第一个时隙由第I个用户到中继节点的信道参数，SI为一个N维向量，I表示第I个用户；步骤六，判断是否属于RRELAY，如果是，则该时隙完成，如果否，则调至步骤三，将S1,S2,SM1分别经过信道H1,H2,HM1重新发送，在中继节点接收到信号RR。3根据权利要求1或2所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述第二个时隙的执行步骤如下步骤一，将通过中继节点以广播的形式通过信道H1,H2,HM1发送出去；其中，所述信道H1,H。
6、2,HM1，如果H1H2HM11，那么第2个时隙中，中继节点和每个用户的广播信道就是瑞利信道；如果信道H1,H2,HM1都是服从独立同分布的瑞利分布，那么第2个时隙中，中继节点和每个用户的广播信道就是瑞利信道；步骤二，在所有的M1个用户中，把接收到的广播信息R1,R2,RM1判决成权利要求书CN104158628A2/2页3其中，RI代表在第二个时隙中，第I个用户接受到的信号，则RI1IM1为其中，WI1IM1为独立同分布的高斯白噪声，WI，RI均为N维向量；表示在第二个时隙中，第I个用户接受到的信号RI被判决后的结果；步骤三，计算HI表示第二个时隙由中继节点到第I个用户信道；步骤四，判断是否。
7、都在RUSER中，如果是，进行步骤五，第二个时隙结束；否则，则调至步骤一,将通过中继节点以广播的形式重新发送；步骤五，在M1个用户节点上分别把通过唯一可译码编码器映射，译码成时隙二结束。4根据权利要求3所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述唯一可译码编码具体为在M节点的中继系统中，假设对于第I个用户1IM1的唯一可译码字集合为CI，并假设每个用户的码字集合中，有|CI|个码字，每个码字长度均为N，由唯一可译码的定义可知，在第I个用户中，任取两个不同的码字UI和UI，需要满足其中，公式1两端都是一个N维向量，并且向量为M进制；令集合E，为M1个用户节点的所有可能的长度为N的码字的按位。
8、做和的集合，集合E表示为其中I1,2,M1，根据唯一可译码的定义，可知集合E中有个元素，每一个元素都为N维的M进制向量；译码过程中如下，由于M1个用户的唯一可译码的性质，已知任意的M1个码字的和，就可以唯一地映射成这M1个码字，即唯一可译码的译码方式是根据码字的和向量，通过映射，还原出M1个码字。5根据权利要求2所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述第一个时隙的执行步骤二中调制方式如果是BPSK，那么SI2DII,I1,2,M14其中，I为N维全1向量即I1,1,1。6根据权利要求4所述的基于唯一可译码的中继转发方法，其特征在于所述判决为硬判决或是软判决。权利要求书CN104158。
9、628A1/6页4基于唯一可译码的中继转发方法技术领域0001本发明涉及基于唯一可译码的中继转发方法。背景技术0002随着科学技术的发展，在通信领域中，网络编码NETWORKCODING,NC逐渐成为了一个热门的研究领域。网络编码可以用于无线网络系统和有线网络系统中，并且给予信息论，无线通信，网络架构等方面以很大的影响。而物理层网络编码PHYSICALLAYERNETWORKCODING,PNC已经逐渐成为网络编码领域中的一个重要研究热点。PNC通过有效地利用中继节点的性质，通过减少节点间需要传输的时隙数量，从而提高了系统的吞吐量，不仅如此，PNC可以看作是一种协作通信。0003关于PNC的研。
10、究，主要集中在以下方向。首先，关于PNC的编码方式上的研究，包括卷积码，低密度奇偶校验码LOWDENSITYPARITYCHECKCODE，LDPC，LDPC积累码等等。其次，关于PNC调制方法的研究，包括不同的调制方式，包括频移键控调制FREQUENCYSHIFTKEYING，FSK，正交幅度调制QUADRATUREAMPLITUDEMODULATION,QAM等等。除此之外，还有关于PNC中同步问题，信道容量等问题的研究。0004现有的关于PNC的研究大多数都是在高斯信道ADDITIVEWHITEGAUSSIANNOISE,AWGN下，并且PNC在高斯信道下具有优秀的性能。而在瑞利信道中，。
11、PNC将很难进行，而现有的解决方案是利用多天线系统MULTIPLEINPUTMULTIPLEOUTPUT,MIMO。但是这样会浪费掉MIMO技术带来的自由度增益。不仅如此，在MM3节点中继系统中，包括M1个用户节点和1个中继节点，此时PNC将很难实现异或XOR运算。发明内容0005本发明是要解决现有物理层网络编码在瑞利信道误码率高及在MM3节点的中继系统中，需要传输的时隙数量增多，系统的吞吐量降低的问题，而提供了基于唯一可译码的中继转发方法。0006基于唯一可译码的中继转发方法按以下步骤实现0007对于一个M节点的中继系统，包括M1个用户节点和一个中继节点，任意一个用户节点利用两个时隙通过中继。
12、节点获得其他任意用户节点所发送的信息；0008其中，在第一个时隙中，所有M1个用户节点将进行唯一可译码编码后的信息，发送给中继节点；0009然后在第二个时隙中，中继节点经过判决和转发，把判决后的结果以广播的形式发送，每个用户节点通过把接收到的广播信息与唯一可译码的译码匹配，从而获得其余用户节点所发送的信息，即完成了基于唯一可译码的中继转发方法。0010发明效果0011本发明针对多节点中继系统中PNC的缺点，从编码的角度入手，将唯一可译码应用在物理层，通过在中继节点的数据信息，对不同用户终端进行映射，从而提高了系统的吞说明书CN104158628A2/6页5吐量。不仅如此。本发明提出的基于唯一可。
13、译码的中继转发策略，即使在瑞利信道中，也有不错的误码率性能。0012高斯信道下，本发明的信道容量，以M3时，当信噪比较大时SNR8DB，相对于PNC将有着质的提升，将突破M3时，PNC的信道容量上限05，而采用性能更好的唯一可译码，甚至可以让信道容量的上界接近075。而当M3时，利用唯一可译码的中继转发系统，可以大幅度减少传输时隙，并且通过2时隙即可完成，大大提升了系统的吞吐量。0013本发明提出的基于唯一可译码的中继转发策略，在M3的情况下，时隙1成瑞利信道时，仍有可以接受的误符号性能，并且具有较好的信道容量，此时仍旧能突破PNC信道容量的理论上界05。附图说明0014图1是具体实施方式一中。
14、的M节点的中继系统框图；0015图2是具体实施方式二中的时隙1系统框图；0016图3是具体实施方式三中的时隙2系统框图；0017图4是具体实施方式二中的时隙1系统流程图；0018图5是具体实施方式三中的时隙2系统流程图；0019图6是仿真实验中误码率仿真图；0020图7是仿真实验中吞吐量仿真图。具体实施方式0021具体实施方式一本实施方式的基于唯一可译码的中继转发方法按以下步骤实现0022对于一个M节点的中继系统，包括M1个用户节点和一个中继节点，任意一个用户节点利用两个时隙通过中继节点获得其他任意用户节点所发送的信息；0023其中，在第一个时隙中，所有M1个用户节点将进行唯一可译码编码后的信。
15、息，发送给中继节点；0024然后在第二个时隙中，中继节点经过判决和转发，把判决后的结果以广播的形式发送，每个用户节点通过把接收到的广播信息与唯一可译码的译码匹配，从而获得其余用户节点所发送的信息，即完成了基于唯一可译码的中继转发方法。0025具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同的是所述第一个时隙的执行步骤如下0026步骤一，所有M1个用户节点，将用户节点的有效信息数据通过唯一可译码编码器，得到编码后的码字D1,D2,DM1；其中，所述每一个码字都是一个N维向量；0027步骤二，将步骤一中得到的M1个码字D1,D2,DM1，分别调制成S1,S2,SM1，其中SI代表第一个时隙中，第I个用。
16、户发送的调制后的符号，其中，I1,2,M1；0028步骤三，将步骤二中的S1,S2,SM1分别经过信道H1,H2,HM1，在中继节点接收到信号RR；0029其中，说明书CN104158628A3/6页60030其中，所述WR表示在第一个时隙内，中继节点处的高斯白噪声，并且WR为N维向量；0031所述信道H1,H2,HM1，如果H1H2HM11，那么在时隙1中，每个用户和中继节点的信道就是高斯信道；0032如果信道H1,H2,HM1都是服从独立同分布的瑞利分布，那么每个用户和中继节点的信道就是瑞利信道；0033步骤四，将RR通过中继节点的判决器判决为判决后的符号0034步骤五，计算集合其中，HI。
17、代表第一个时隙由第I个用户到中继节点的信道参数，SI为一个N维向量，I表示第I个用户；0035步骤六，判断是否属于RRELAY，如果是，则该时隙完成，如果否，则调至步骤三，将S1,S2,SM1分别经过信道H1,H2,HM1重新发送，在中继节点接收到信号RR。0036其它步骤及参数与具体实施方式一相同。0037具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述第二个时隙的执行步骤如下0038步骤一，将通过中继节点以广播的形式通过信道H1,H2,HM1发送出去；其中，所述信道H1,H2,HM1，如果H1H2HM11，那么第2个时隙中，中继节点和每个用户的广播信道就是瑞利信道；0039如果信道。
18、H1,H2,HM1都是服从独立同分布的瑞利分布，那么第2个时隙中，中继节点和每个用户的广播信道就是瑞利信道；0040步骤二，在所有的M1个用户中，把接收到的广播信息R1,R2,RM1判决成其中，RI代表在第二个时隙中，第I个用户接受到的信号，则RI1IM1为00410042其中，WI1IM1为独立同分布的高斯白噪声，WI，RI均为N维向量；0043表示在第二个时隙中，第I个用户接受到的信号RI被判决后的结果；0044步骤三，计算HI表示第二个时隙由中继节点到第I个用户信道；0045步骤四，判断是否都在RUSER中，如果是，进行步骤五，第二个时隙结束；否则，则调至步骤一,将通过中继节点以广播的形。
19、式重新发送；0046步骤五，在M1个用户节点上分别把通过唯一可译码编码器映射，译码成时隙二结束。0047其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。0048具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述唯一可说明书CN104158628A4/6页7译码编码具体为0049在M节点的中继系统中，假设对于第I个用户1IM1的唯一可译码字集合为CI，并假设每个用户的码字集合中，有|CI|个码字，每个码字长度均为N，由唯一可译码的定义可知，在第I个用户中，任取两个不同的码字UI和UI，需要满足00500051其中，公式1两端都是一个N维向量，并且向量为M进制；0052令集合E，为M1个用户节点。
20、的所有可能的长度为N的码字的按位做和的集合，集合E表示为其中I1,2,M1，根据唯一可译码的定义，可知集合E中有个元素，每一个元素都为N维的M进制向量；0053译码过程中如下，由于M1个用户的唯一可译码的性质，已知任意的M1个码字的和，就可以唯一地映射成这M1个码字，即唯一可译码的译码方式是根据码字的和向量，通过映射，还原出M1个码字。0054其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。0055具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述第一个时隙的执行步骤二中调制方式如果是BPSK，那么0056SI2DII,I1,2,M140057其中，I为N维全1向量即I1,1,1。005。
21、8其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。0059具体实施方式六本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是所述判决为硬判决或是软判决。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。0060仿真实验0061一高斯信道0062在高斯信道下，仿真参数如表1所示。0063表1高斯信道仿真参数0064说明书CN104158628A5/6页80065此时的RRELAY为2,2,0,0,2,0,0,2,0,2,2,0。同理可求，此时的RUSER为2,2,0,0,2,0,0,2,0,2,2,0。误码率仿真和信道容量的仿真的结果分别如图6和图7所示。0066从图6和图7所示，在高斯信道下，虽然，本发明提出的基。
22、于唯一可译码的中继转发策略的误符号性能略差于PNC。但是本发明的信道容量，当信噪比较大时SNR8DB，相对于PNC将有着质的提升，将突破M3时，PNC的信道容量上限05。而采用性能更好的唯一可译码，甚至可以让信道容量的上界接近075。0067二瑞利信道0068在瑞利信道下，仿真参数如表2所示。0069表2瑞利信道仿真参数00700071为了方便表示，不妨令XH1H2，YH1H2。此时的RRELAY为X,X,Y,Y,X,Y,Y,X,Y,X,X,Y。同理可求，此时的RUSER为X,X,Y,Y,X,Y,Y,X,说明书CN104158628A6/6页9Y,X,X,Y。误码率仿真和信道容量的仿真的结果分。
23、别如表3所示。0072表3本仿真实验瑞利信道下性能00730074从表3中可以看出，本发明提出的基于唯一可译码的中继转发策略，在M3的情况下，时隙1成瑞利信道时，仍有可以接受的误符号性能，并且具有较好的信道容量，此时仍旧能突破PNC信道容量的理论上界05。0075综上，本发明提出的基于唯一可译码的中继转发策略可以应用在M节点的中继系统中，大幅度提升系统的吞吐量，并且保证误码率在可以接受的范围之内。说明书CN104158628A1/4页10图1图2说明书附图CN104158628A102/4页11图3说明书附图CN104158628A113/4页12图4图5说明书附图CN104158628A124/4页13图6图7说明书附图CN104158628A13。