中继传输系统中的分布式TURBO编码方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210282815.4	申请日：	2012.08.09
公开号：	CN102811116A	公开日：	2012.12.05
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H04L 1/00申请日:20120809\|\|\|公开
IPC分类号：	H04L1/00	主分类号：	H04L1/00
申请人：	西安电子科技大学
发明人：	李靖; 孙玉展; 葛建华; 任德峰; 王勇; 宫丰奎
地址：	710071 陕西省西安市太白南路2号
优先权：
专利代理机构：	陕西电子工业专利中心 61205	代理人：	王品华;朱红星
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内容摘要

本发明公开了一种中继传输系统中的新的分布式Turbo编码方法，主要解决中继过程中因为中继节点的译码错误而造成的系统性能明显下降的问题。该方法包括：1）源节点将信息编码成串行级联卷积码形式；2）源节点对码字进行删除操作后广播；3）中继节点根据接收到的信息计算对数似然比；4）中继节点根据对数似然比和门限计算信息估计值；5）中继节点向目的节点发送估计的信息；6）目标节点根据接收到的广播信息和中继节点的信息进行译码，得到译码估计值；7）对估计值进行CRC校验，完成一帧传输。本发明获得了更好的分集增益和编码增益，显著的降低了系统误码率，可用于准静态条件下的两跳中继系统。

权利要求书

1：一种中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法，包括如下步骤： 1) 源节点采用码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 对一帧信息 b ＝ [b1， b2， ...， bN] 进行编码，得到码字 x ＝ [u1， w1， u2， w2， ...， u2N， w2N]，其中 bi 表示一帧信息 b 中的每个比特位， uj 为 b 与其校验序列的交织结果的每个比特位， wj 为 uj 的校验比特位， j ＝ 1， 2， ...， 2N， i ＝ 1， 2， ..．， N， N 为一帧信息包含的比特位个数； 2) 源节点将码字 x 中的序列 u1 ＝ [u2， u4， ...， u2N] 删除，得到码率为 1/3 的信息 xs ＝ [u1， w1， w2， ...， u2N-1， w2N-1，并由源节点将其进行广播； 3) 中继节点接收源节点的广播信息，并利用接收的信息 ysr 计算序列 u1 的对数似然比上 L(uk) ：式中， uk 表示序列 u1 中的每个比特位， P(uk ＝ l|ysr， hsr) 是指在己知 ysr 和 hsr 时校验比特位 uk ＝ 1 的后验概率， P(uk ＝ -1|ysr， hsr) 是指在己知 ysr 和 hsr 时校验比特位 uk ＝ -1 的后验概率， hsr 是源节点到中继节点间信道的衰落系数， hsr 服从均值为 0、方差为 1 的复高斯分布， k ＝ 2， 4， ...， 2N ；得到 u1 的估计序列： 4) 根据对数似然比上 L(uk) 和设定门限 T，其中，式中，表示 uk 的估计值， L(uk) 表示 uk 的似然比 LLR， sgn(·) 表示求符号函数， |·| 表示求绝对值操作， T 为使系统中断概率最小时的取值，通过搜索算法得到； 5) 中继节点将估计序列发送至目的节点； 6) 目的节点接收源节点的广播信息和中继节点发送到的估计序列，分别记为 ysd 和 yrd，并将上述信息合并组成完整的码字序列，对其进行迭代译码得到译码信息 7) 对译码信息进行循环冗余 CRC 校验，如果校验正确，则一帧的传输结束，否则，返回步骤 2）。2：根据权利要求 1 所述的中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法，其中步骤 1）所 b2， ...， bN] 进行编述的源节点采用码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 对一帧信息 b=[b1，码，按如下步骤进行： 1a）编码器 E1 对帧信息 b=[b1， b2， ...， bN] 进行编码，得到 b 的校验序列 p=[p1， p2， ...， pN]，将帧信息 b 和 b 的校验序列 p 进行合并，得到联合序列 c=[b1， p1， b2， p2， ...， bN， pN]，对联合序列 c 进行交织得到编码器 E1 的输出序列： u=[u1， u2， ...， u2N] ； 1b）将编码器 E1 的输出序列 u 做为编码器 E2 的输入，由编码器 E2 对编码器 E1 的输出序列 u 进行编码，得到最终校验序列 w=[w1， w2， ...， w2N]，合并编码器 E1 的输出序列 u 和最终校验序列 w，得到码率 1/4 的码字 x=[u1， w1， u2， w2， ...， u2N， w2N]，其中 pi 为 bi 的校验比特位， i=1， 2， ...， N， E1 和 E2 表示两个相同的码率为 1/2 的递归系统卷积码的编码器。3：根据权利要求 1 所述的中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法，其中所述步骤 6）中的迭代译码，采用最大后验概率译码方式。

说明书

中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法
    技术领域本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及无线中继传输领域中的一种分布式 Turbo 编码方法，可用于准静态条件下的两跳中继系统。
     背景技术无线中继传输是一个极有前途的信息传输技术，它用于帮助源节点和目的节点之间通信。为了改善中继传输系统的性能，近年来学术界提出了具有分集和编码增益的分布式编码方法，包括：分布式空时码，分布式低密度奇偶校验码 LDPC，分布式 Turbo 乘积码，分布式 Turbo 码 DTC 等，尤其分布式 Turbo 码已经被证明是一种可逼近中继系统容量的编码方法。尽管如此，像一般的译码转发 DF 一样，由于中继节点的错误译码，错误传播也存在分布式 Turbo 编码中，这将导致中继系统整体性能的下降。
     为了克服错误传播， Li Y 等人在 “Distributed turbo coding with soft information relaying in multihop relay networks” （IEEE J.Sel.Areas Commun.,v ol.24,no.11,pp.2040-2050,Nov.2006.）提出了一种基于软信息中继的分布式 Turbo 编码方法。该方法通过中继节点转发待传输译码比特的对数似然比 LLR，使错误传播减弱，从而提高了中继传输系统的性能。日前， Al-Habian G 等人在 “Threshold-based relaying in coded cooperative networks,” （IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.60,no.1,pp.123-135,J an.2011.）提出了一种基于门限的分布式编码方法。在该方法中，中继节点将待传输译码比特的 LLR 与门限进行比较，当 LLR 大于门限时，中继节点认为待传输比特是可信的，将转发 LLR 的硬判决值，反之，中继节点将保持沉默，该方法有效地减少了错误传播，并且实验表明其性能优于基于软信息中继的分布式 Turbo 编码方法，但是由于该方法阻止了中继节点对可信度较低的正确译码结果的转发，导致分集增益低，不能满足高效的无线中继传输系统的需求。
     发明内容
     本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种在中继传输系统中使用的分布式 Turbo 编码方法，以有效地改善了中继传输系统的性能，保证无线中继传输系统对高效传输的需求。
     实现本发明目的技术思路是，中继节点通过对待传输译码比特的 LLR 与门限进行比较，确定待传输译码比特的可信度，在可信度不同时，中继节点转发不同的信息，即当 LLR 大于门限时，中继节点认为待传输比特是可信的，于是转发待传输比特的硬判决值，反之，中继节点转发一个相对的软信息。其实现步骤如下：
     1）源节点采用码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 对一帧信息 b=[b1,b2,...,bN] 进行编码，得到码字 x=[u1,w1,u2,w2,...,u2N,w2N]，其中 bi 表示一帧信息 b 中的每个比特位， uj 为 b 与其校验序列的交织结果的每个比特位， wj 为 uj 的校验比特位， j=1， 2， ...， 2N， i=1,2,...,N， N 为一帧信息包含的比特位个数；2）源节点将码字 x 中的序列 u1=[u2,u4,...,u2N] 删除，得到码率为 1/3 的信息 xs= [u1,w1,w2,...,u2N-1,w2N-1,w2N]，并由源节点将其进行广播；
     3）中继节点接收源节点的广播信息，并利用接收的信息 ysr 计算序列 u1 的对数似然比 L(uk):
     式中， uk 表示序列 u1 中的每个比特位， P(uk ＝ 1|ysr,hsr) 是指在已知 ysr 和 hsr 时校验比特位 uk ＝ 1 的后验概率， P(uk ＝ -1|ysr,hsr) 是指在已知 ysr 和 hsr 时校验比特位 uk=-1 的后验概率， hsr 是源节点到中继节点间信道的衰落系数， hsr 服从均值为 0、方差为 1 的复高斯分布， k ＝ 2,4,...,N ； 4）根据对数似然比 L(uk) 和设定门限 T，得到 u1 的估计序列：其中，式中， k ＝ 2,4,...,2N, 表示 uk 的估计值， L(uk) 表示 uk 的似然比 LLR， sgn(·)
     表示求符号函数， |·| 表示求绝对值操作， T 为使系统中断概率最小时的取值，通过搜索算法得到；
     5）中继节点将估计序列发送至目的节点； 6）目的节点接收源节点的广播信息和中继节点发送到的估计序列，分别记为 ysd 7）对译码信息进行循环冗余 CRC 校验，如果校验正确，则一帧的传输结束，否则，和 yrd，并将上述信息合并组成完整的码字序列，对其进行迭代译码得到译码信息
     返回步骤 2）。
     本发明与现有技术相比，具有如下优点：
     1）本发明充分发掘了中继节点待传输信息的可信度，对于高可信度的信息转发一个硬判决值，对于低可信度的信息转发一个相对的软信息，因此有效减弱了中继节点的错误转播。
     2）本发明由于估计序列的长度等于帧信息 b 的长度，因此弥补了基于门限的分布式 Turbo 编码分集增益低的缺点，从而满足了无线中继系统高效传输的需求。附图说明
     图 1 是本发明的编码流程图；图 2 是本发明在源节点和中继节点之间信道的信噪比为 10dB 时的性能仿真图；图 3 是本发明在源节点和中继节点之间信道的信噪比为 20dB 时的性能仿真图。具体实施方式
     下面通过附图和实施例，对本发明的技术方法作进一步的描述。
     参照图 1，本发明的具体实现步骤如下：
     步骤 1，源节点采用码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 对一帧信息 b=[b1,b2,… ,bN] 进行编码：所述的码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 是由两个相同的码率为 1/2 的递归系统卷积码组成，这两个码率为 1/2 的递归系统卷积码的编码器分别记为 E1 和 E2，码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 的具体编码步骤如下：
     1.1）编码器 E1 对帧信息 b=[b1,b2,… ,bN] 进行编码，得到帧信息 b 的校验序列 p=[p1,p2,…， pN] ；其中 bi 表示一帧信息 b 中的每个比特位， pi 表示 b 的校验序列 p 中的每个比特位； i=1,2,...,N， N 为一帧信息包含的比特位个数；
     1.2）将帧信息 b 及其 b 的校验序列 p 进行合并，得到联合序列 c=[b1,p1,b2,p2,… ,bN,pN]，对联合序列 c 进行交织得到编码器 E1 的输出序列： u=[u1,u2,… ,u2N]，其中 uj 表示编码器 E1 的输出序列 u 中的每个比特位 ,j=1,2,… ,2N ；
     1.3）将编码器 E1 的输出序列 u 做为编码器 E2 的输入，由编码器 E2 对编码器 E1 的输出序列 u 进行编码，得到最终校验序列 w=[w1,w2,… ,w2N]，合并编码器 E1 的输出序列 u 和最终校验序列 w，得到码率 1/4 的码字 x=[u1,w1,u2,w2,… ,u2N,w2N]，其中 wj 表示最终校验序列 w 中的每个比特位， j=1,2,… ,2N。
     步骤 2，源节点对码字 x 进行删除操作后广播。
     2.1）源节点对码字 x=[u1,w1,u2,w2,… ,u2N， w2N] 按码率 1/4 进行删除操作，得到删除后的信息 xs=[u1,w1,w2,… ,u2N-1,w2N-1,w2N]，被删去的序列为 u1=[u2,u4,… ,u2N]; 2.2）源节点将删除后的信息 xs 进行广播。
     步骤 3，中继节点利用接收的信息 ysr 使用最大后验概率 MAP 算法 , 计算源节点删去的序列 u1 的对数似然比：
     式中， uk 表示被删去的序列 u1 中的每个比特位， k ＝ 2,4,… ,2N， P(uk ＝ 1|ysr,hsr) 是指在已知 ysr 和 hsr 时校验比特位 uk ＝ 1 的后验概率， P(uk ＝ -1|ysr,hsr) 是指在已知 ysr 和 hsr 时校验比特位 uk=-1 的后验概率， ysr ＝ {ysr[1]， ysr[2],…， ysr[3N]} 表示中继节点接收的源节点的广播信息，其具体表达式为：
     式中， n=1,2,… ,3N， Esr ＝ Es·(Gsr)2 表示中继节点接收的每个符号的能量， Es 表示源节点广播的每个符号的能量， Gsr 是源节点到中继节点间信道的增益系数， hsr 是源节点到中继节点间信道的衰落系数， hsr 服从均值为 0、方差为 1 的复高斯分布， s[n] 表示删除后的信息 xs 中的每个比特位， nsr[n] 是源节点到中继节点间信道产生的复加性高斯白噪声。
     步骤 4，设定门限 T，将对数似然比 L(uk) 与门限 T 进行比较，得到步骤 2.1）中被删去的序列 u1 的估计序列：其中 ,表示 uk 的估计值，L(uk) 表示 uk 的对数似然比 LLR， sgn(·) 表示求符号函数， |·| 表示求绝对值操作， k ＝ 2,4,… ,2N。步骤 5，中继节点将估计序列发送到目的节点。步骤 6，目的节点接收源节点的广播信息和中继节点发送到的估计值信息，分别记为： ysd ＝ {ysd[1]， ysd[2]，…， ysd[3N]} 和 yrd ＝ {yrd[3N+1]， yrd[3N+2]，…， yrd[4N]}，并将上述信息合并组成完整的码字序列：
     yd ＝ {ysd[1],ysd[2],ysd[3],yrd[3N+1],…， ysd[3N-2]， ysd[3N-1],ysd[3N],yrd[4N]}，
     其中， ysd[n] 表示目的节点接收的源节点的广播信息 ysd 中的每个比特位， yrd[m] 表示目的节点接收的中继节点发送到的估计值信息 yrd 中的每个比特位， n=1,2,… ,3N， m=3N+1,3N+2,...,4N， ysd[n] 和 yrd[m] 的表达式分别如下：
     式中， Esd ＝ Es·(Gsd)2 和 Erd ＝ Er·(Grd)2 分别表示目的节点从源节点和中继节点接收的每个符号的能量， Es 表示源节点广播的每个符号的能量， Er 表示中继节点发送的每个符号的能量， Gsd 和 Grd 分别表示源节点到中继节点信道的增益和中继节点到目的节点信道的增益， hsd 和 hrd 分别表示源节点到中继节点信道的衰落系数和中继节点到目的节点信道的衰落系数， hsr， hsd 相互独立且都服从均值为 0、方差为 1 的复高斯分布， s[n] 表示删除
     s[m] 表示估计序列中的每个比特位 ,nsd[n] 和 nrd[m] 分别后的信息 xs 中的每个比特位，表示源节点到中继节点间信道和中继节点到目的节点间信道产生的复加性高斯白噪声。
     步骤 7, 对成完整的码字序列 yd 进行最大后验概率迭代译码 , 得到译码估计信息 :
     其中为译码估计信息中的每个比特位， i=1,2,… ,N。步骤 8，对译码估计信息进行 CRC 校验，如果校验后所得的错误图样为 0，则认为信息传输正确，则一帧的传输结束，否则，返回步骤 2）。
     CRC 校验是利用除法及余数的原理来进行错误侦测的。实际应用时，发送装置计算出 CRC 值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算 CRC 值并与收到的 CRC 值相比较，若两个 CRC 值不同，则说明数据通讯出现错误。CRC 值是两个字节数据流采用二进制除法相除所得到的余数。其中被除数是需要计算校验和的信息数据流的二进制表示，除数是一个长度为的预定义的二进制数。
     本发明的效果可通过以下仿真进一步说明。
     1）仿真条件：定义源节点到目的节点信道的信噪比为 γsd ＝ Esd/N0，中继节点到目的节点信道的信噪比为 γrd ＝ Erd/N0，源节点到中继节点的信噪比为 γsr ＝ Esr/N0， N0 表示信道中高斯白噪声的功率，令 γrd ＝ 2γsd， N=80， E1 和 E2 采用相同的生成多项式为 G=(7,5)8 的递归系统卷积码，交织器选用二次置换多项式交织器，译码采用 MAP 算法，迭代次数为 6 次。另外，本发明的门限 T 选用最佳门限
     Pb 是译码的误比特率。2）仿真内容与结果：
     用本发明的分布式 Turbo 编码方法 Proposed DTC 与基于简单 DF 的分布式 Turbo 编码方法 DTC-DF、基于软信息中继的分布式 Turbo 编码方法 DTC-SIR、基于门限中继的分布式 Turbo 编码方法 DTC-TR、完美分布式 Turbo 编码方法 Perfect-DTC 在满足上述仿真条件的情况下且 γsr ＝ 10dB 时，对误比特率随源节点到目的节点信道的信噪比 γsd 变化情况进行仿真比较，结果如图 2。用本发明的分布式 Turbo 编码方法 Proposed DTC 与基于简单 DF 的分布式 Turbo 编码方法 DTC-DF、基于软信息中继的分布式 Turbo 编码方法 DTC-SIR、基于门限中继的分布式 Turbo 编码方法 DTC-TR、完美分布式 Turbo 编码方法 Perfect-DTC 在满足上述仿真条件的情况下且 γsr ＝ 20dB 时对误比特率随源节点到目的节点信道信噪比 γsd 变化情况进行仿真比较，其结果如图 3。
     由图 2 可知，本发明的分布式 Turbo 编码方法的误比特率低于基于门限中继的分布式 Turbo 编码方法的误比特率，远低于基于简单 DF 的分布式 Turbo 编码方法和基于软信息中继的分布式 Turbo 编码方法的误比特率。
     由图 2 和图 3 对比还可以看出，随着源节点和中继节点之间的链路信噪比 γsr 的增加本发明的分布式 Turbo 编码方法的误比特率可更加接近分布式 Turbo 编码方法时的误比特率，因此，本发明的分布式 Turbo 编码方法具有一定的使用价值。

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1、(10)申请公布号 CN 102811116 A (43)申请公布日 2012.12.05 CN 102811116 A *CN102811116A* (21)申请号 201210282815.4 (22)申请日 2012.08.09 H04L 1/00(2006.01) (71)申请人西安电子科技大学地址 710071 陕西省西安市太白南路 2 号 (72)发明人李靖孙玉展葛建华任德峰王勇宫丰奎 (74)专利代理机构陕西电子工业专利中心 61205 代理人王品华朱红星 (54) 发明名称中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法 (57) 摘要本发明公开了一种中继。

2、传输系统中的新的分布式 Turbo 编码方法，主要解决中继过程中因为中继节点的译码错误而造成的系统性能明显下降的问题。该方法包括： 1）源节点将信息编码成串行级联卷积码形式； 2）源节点对码字进行删除操作后广播； 3）中继节点根据接收到的信息计算对数似然比； 4）中继节点根据对数似然比和门限计算信息估计值； 5）中继节点向目的节点发送估计的信息； 6）目标节点根据接收到的广播信息和中继节点的信息进行译码，得到译码估计值； 7）对估计值进行CRC校验，完成一帧传输。本发明获得了更好的分集增益和编码增益，显著的降低了系统误码率，可用于。

3、准静态条件下的两跳中继系统。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 5 页附图 2 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 1 页说明书 5 页附图 2 页 1/1 页 2 1. 一种中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法，包括如下步骤： 1) 源节点采用码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 对一帧信息 b b1， b2， .， bN 进行编码，得到码字 x u1， w1， u2， w2， .， u2N， w2N，其中 bi表示一帧信息 b 中的每个比特位， uj为 b 与其校验序列的交织结果的每个比特位， wj为。

4、 uj的校验比特位， j 1， 2， .， 2N， i 1， 2，， N， N 为一帧信息包含的比特位个数； 2) 源节点将码字 x 中的序列 u1 u2， u4， .， u2N 删除，得到码率为 1/3 的信息 xs u1， w1， w2， .， u2N-1， w2N-1，并由源节点将其进行广播； 3) 中继节点接收源节点的广播信息，并利用接收的信息 ysr计算序列 u1的对数似然比上 L(uk) ：式中， uk表示序列 u1中的每个比特位， P(uk l|ysr， hsr) 是指在己知 ysr和 hsr时校验比特位 uk 1 的后验概率， P(uk -1|ysr， hsr。

5、) 是指在己知 ysr和 hsr时校验比特位 uk -1 的后验概率， hsr是源节点到中继节点间信道的衰落系数， hsr服从均值为 0、方差为 1 的复高斯分布， k 2， 4， .， 2N ； 4) 根据对数似然比上 L(uk) 和设定门限 T，得到 u1的估计序列：其中，式中，表示 uk的估计值， L(uk) 表示 uk的似然比 LLR， sgn() 表示求符号函数， | 表示求绝对值操作， T 为使系统中断概率最小时的取值，通过搜索算法得到； 5) 中继节点将估计序列发送至目的节点； 6)目的节点接收源节点的广播信息和中继节点发送到的估计序列，分别记为ysd和y。

6、rd，并将上述信息合并组成完整的码字序列，对其进行迭代译码得到译码信息 7) 对译码信息进行循环冗余 CRC 校验，如果校验正确，则一帧的传输结束，否则，返回步骤 2）。 2. 根据权利要求 1 所述的中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法，其中步骤 1）所述的源节点采用码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 对一帧信息 b=b1， b2， .， bN 进行编码，按如下步骤进行： 1a）编码器 E1对帧信息 b=b1， b2， .， bN 进行编码，得到 b 的校验序列 p=p1， p2， .， pN，将帧信息 b 和 b 的校验序列 p 进行合并。

7、，得到联合序列 c=b1， p1， b2， p2， .， bN， pN，对联合序列 c 进行交织得到编码器 E1的输出序列： u=u1， u2， .， u2N ； 1b）将编码器 E1的输出序列 u 做为编码器 E2的输入，由编码器 E2对编码器 E1的输出序列 u 进行编码，得到最终校验序列 w=w1， w2， .， w2N，合并编码器 E1的输出序列 u 和最终校验序列 w，得到码率 1/4 的码字 x=u1， w1， u2， w2， .， u2N， w2N，其中 pi为 bi的校验比特位， i=1， 2， .， N， E1和 E2表示两个相同的码率为 1/2 的。

8、递归系统卷积码的编码器。 3. 根据权利要求 1 所述的中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法，其中所述步骤 6）中的迭代译码，采用最大后验概率译码方式。权利要求书 CN 102811116 A 2 1/5 页 3 中继传输系统中的分布式 Turbo 编码方法技术领域 0001 本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及无线中继传输领域中的一种分布式 Turbo 编码方法，可用于准静态条件下的两跳中继系统。背景技术 0002 无线中继传输是一个极有前途的信息传输技术，它用于帮助源节点和目的节点之间通信。为了改善中继传输系统的性能，近年来学术界提出了具有分集和编。

9、码增益的分布式编码方法，包括：分布式空时码，分布式低密度奇偶校验码 LDPC，分布式 Turbo 乘积码，分布式 Turbo 码 DTC 等，尤其分布式 Turbo 码已经被证明是一种可逼近中继系统容量的编码方法。尽管如此，像一般的译码转发 DF 一样，由于中继节点的错误译码，错误传播也存在分布式 Turbo 编码中，这将导致中继系统整体性能的下降。 0003 为了克服错误传播， Li Y 等人在 “Distributed turbo coding with soft information relaying in multihop relay 。

10、networks” （IEEE J.Sel.Areas Commun.,v ol.24,no.11,pp.2040-2050,Nov.2006.）提出了一种基于软信息中继的分布式 Turbo 编码方法。该方法通过中继节点转发待传输译码比特的对数似然比 LLR，使错误传播减弱，从而提高了中继传输系统的性能。日前， Al-Habian G 等人在 “Threshold-based relaying in coded cooperative networks,” （IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.60,no.1,pp.123-135,J an.2011.）提出了一。

11、种基于门限的分布式编码方法。在该方法中，中继节点将待传输译码比特的 LLR 与门限进行比较，当 LLR 大于门限时，中继节点认为待传输比特是可信的，将转发 LLR 的硬判决值，反之，中继节点将保持沉默，该方法有效地减少了错误传播，并且实验表明其性能优于基于软信息中继的分布式 Turbo 编码方法，但是由于该方法阻止了中继节点对可信度较低的正确译码结果的转发，导致分集增益低，不能满足高效的无线中继传输系统的需求。发明内容 0004 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种在中继传输系统中使用的分布式 Turbo 编码方法，以有效地改善了中继传输系统。

12、的性能，保证无线中继传输系统对高效传输的需求。 0005 实现本发明目的技术思路是，中继节点通过对待传输译码比特的 LLR 与门限进行比较，确定待传输译码比特的可信度，在可信度不同时，中继节点转发不同的信息，即当 LLR 大于门限时，中继节点认为待传输比特是可信的，于是转发待传输比特的硬判决值，反之，中继节点转发一个相对的软信息。其实现步骤如下： 0006 1）源节点采用码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 对一帧信息 b=b1,b2,.,bN 进行编码，得到码字 x=u1,w1,u2,w2,.,u2N,w2N，其中 bi表示一帧信息 b 中的每个比特位。

13、， uj为 b 与其校验序列的交织结果的每个比特位， wj为 uj的校验比特位， j=1， 2， .， 2N， i=1,2,.,N， N 为一帧信息包含的比特位个数；说明书 CN 102811116 A 3 2/5 页 4 0007 2）源节点将码字 x 中的序列 u1=u2,u4,.,u2N 删除，得到码率为 1/3 的信息 xs= u1,w1,w2,.,u2N-1,w2N-1,w2N，并由源节点将其进行广播； 0008 3）中继节点接收源节点的广播信息，并利用接收的信息 ysr计算序列 u1的对数似然比 L(uk): 0009 0010 式中， uk表示序列 u1中的。

14、每个比特位， P(uk 1|ysr,hsr) 是指在已知 ysr和 hsr时校验比特位 uk 1 的后验概率， P(uk -1|ysr,hsr) 是指在已知 ysr和 hsr时校验比特位 uk=-1 的后验概率， hsr是源节点到中继节点间信道的衰落系数， hsr服从均值为 0、方差为 1 的复高斯分布， k 2,4,.,N ； 0011 4）根据对数似然比 L(uk) 和设定门限 T，得到 u1 的估计序列： 0012 其中， 0013 式中， k 2,4,.,2N,表示 uk的估计值， L(uk) 表示 uk的似然比 LLR， sgn() 表示求符号函数， | 表示求绝对值操作。

15、， T 为使系统中断概率最小时的取值，通过搜索算法得到； 0014 5）中继节点将估计序列发送至目的节点； 0015 6）目的节点接收源节点的广播信息和中继节点发送到的估计序列，分别记为 ysd 和 yrd，并将上述信息合并组成完整的码字序列，对其进行迭代译码得到译码信息 0016 7）对译码信息进行循环冗余 CRC 校验，如果校验正确，则一帧的传输结束，否则，返回步骤 2）。 0017 本发明与现有技术相比，具有如下优点： 0018 1）本发明充分发掘了中继节点待传输信息的可信度，对于高可信度的信息转发一个硬判决值，对于低可信度的信息转发一个相对的。

16、软信息，因此有效减弱了中继节点的错误转播。 0019 2）本发明由于估计序列的长度等于帧信息 b 的长度，因此弥补了基于门限的分布式 Turbo 编码分集增益低的缺点，从而满足了无线中继系统高效传输的需求。附图说明 0020 图 1 是本发明的编码流程图； 0021 图 2 是本发明在源节点和中继节点之间信道的信噪比为 10dB 时的性能仿真图； 0022 图 3 是本发明在源节点和中继节点之间信道的信噪比为 20dB 时的性能仿真图。具体实施方式 0023 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方法作进一步的描述。 0024 参照图 1，本发明的具体实现步骤如下： 0。

17、025 步骤 1，源节点采用码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 对一帧信息 b=b1,b2, ,bN 进行编码：说明书 CN 102811116 A 4 3/5 页 5 0026 所述的码率为 1/4 的串行级联卷积码 SCCC 是由两个相同的码率为 1/2 的递归系统卷积码组成，这两个码率为1/2的递归系统卷积码的编码器分别记为E1和E2，码率为1/4 的串行级联卷积码 SCCC 的具体编码步骤如下： 0027 1.1）编码器 E1对帧信息 b=b1,b2,bN 进行编码，得到帧信息 b 的校验序列 p=p1,p2,， pN ；其中 bi表示一帧信息 b 中的每。

18、个比特位， pi表示 b 的校验序列 p 中的每个比特位； i=1,2,.,N， N 为一帧信息包含的比特位个数； 0028 1.2）将帧信息 b 及其 b 的校验序列 p 进行合并，得到联合序列 c=b1,p1,b2,p2, ,bN,pN，对联合序列 c 进行交织得到编码器 E1的输出序列： u=u1,u2,u2N，其中 uj表示编码器 E1的输出序列 u 中的每个比特位 ,j=1,2,2N ； 0029 1.3）将编码器 E1的输出序列 u 做为编码器 E2的输入，由编码器 E2对编码器 E1的输出序列 u 进行编码，得到最终校验序列 w=w1,w2,w2N，合。

19、并编码器 E1的输出序列 u 和最终校验序列 w，得到码率 1/4 的码字 x=u1,w1,u2,w2,u2N,w2N，其中 wj表示最终校验序列 w 中的每个比特位， j=1,2,2N。 0030 步骤 2，源节点对码字 x 进行删除操作后广播。 0031 2.1）源节点对码字 x=u1,w1,u2,w2,u2N， w2N 按码率 1/4 进行删除操作，得到删除后的信息 xs=u1,w1,w2,u2N-1,w2N-1,w2N，被删去的序列为 u1=u2,u4,u2N; 0032 2.2）源节点将删除后的信息 xs进行广播。 0033 步骤 3，中继节点利用接收的信息 y。

20、sr使用最大后验概率 MAP 算法 , 计算源节点删去的序列 u1的对数似然比： 0034 0035 式中， uk表示被删去的序列 u1中的每个比特位， k 2,4,2N， P(uk 1|ysr,hsr) 是指在已知 ysr和 hsr时校验比特位 uk 1 的后验概率， P(uk -1|ysr,hsr) 是指在已知 ysr 和 hsr时校验比特位 uk=-1 的后验概率， ysr ysr1， ysr2,， ysr3N 表示中继节点接收的源节点的广播信息，其具体表达式为： 0036 0037 式中， n=1,2,3N， Esr Es(Gsr)2表示中继节点接收的每个符号的能量， Es表。

21、示源节点广播的每个符号的能量， Gsr是源节点到中继节点间信道的增益系数， hsr是源节点到中继节点间信道的衰落系数， hsr服从均值为 0、方差为 1 的复高斯分布， sn 表示删除后的信息 xs中的每个比特位， nsrn 是源节点到中继节点间信道产生的复加性高斯白噪声。 0038 步骤 4，设定门限 T，将对数似然比 L(uk) 与门限 T 进行比较，得到步骤 2.1）中被删去的序列 u1的估计序列： 0039 0040 其中 ,表示 uk的估计值， 0041 L(uk) 表示 uk的对数似然比 LLR， sgn() 表示求符号函数， | 表示求绝对值操作， k 2,。

22、4,2N。 0042 步骤 5，中继节点将估计序列发送到目的节点。说明书 CN 102811116 A 5 4/5 页 6 0043 步骤 6，目的节点接收源节点的广播信息和中继节点发送到的估计值信息，分别记为： ysd ysd1， ysd2， ysd3N 和 yrd yrd3N+1， yrd3N+2， yrd4N，并将上述信息合并组成完整的码字序列： 0044 ydysd1,ysd2,ysd3,yrd3N+1,， ysd3N-2， ysd3N-1,ysd3N,yrd4N， 0045 其中， ysdn 表示目的节点接收的源节点的广播信息 ysd中的每个比特位， yrdm。

23、表示目的节点接收的中继节点发送到的估计值信息 yrd中的每个比特位， n=1,2,3N， m=3N+1,3N+2,.,4N， ysdn 和 yrdm 的表达式分别如下： 0046 0047 0048 式中， Esd Es(Gsd)2和 Erd Er(Grd)2分别表示目的节点从源节点和中继节点接收的每个符号的能量， Es表示源节点广播的每个符号的能量， Er表示中继节点发送的每个符号的能量， Gsd和 Grd分别表示源节点到中继节点信道的增益和中继节点到目的节点信道的增益， hsd和 hrd分别表示源节点到中继节点信道的衰落系数和中继节点到目的节点信道的衰落系数， hsr， hsd。

24、相互独立且都服从均值为 0、方差为 1 的复高斯分布， sn 表示删除后的信息 xs中的每个比特位， sm 表示估计序列中的每个比特位 ,nsdn 和 nrdm 分别表示源节点到中继节点间信道和中继节点到目的节点间信道产生的复加性高斯白噪声。 0049 步骤7,对成完整的码字序列yd进行最大后验概率迭代译码,得到译码估计信息: 0050 0051 其中为译码估计信息中的每个比特位， i=1,2,N。 0052 步骤 8，对译码估计信息进行 CRC 校验，如果校验后所得的错误图样为 0，则认为信息传输正确，则一帧的传输结束，否则，返回步骤 2）。 0053 CRC校验是。

25、利用除法及余数的原理来进行错误侦测的。实际应用时，发送装置计算出 CRC 值并随数据一同发送给接收装置，接收装置对收到的数据重新计算 CRC 值并与收到的 CRC 值相比较，若两个 CRC 值不同，则说明数据通讯出现错误。CRC 值是两个字节数据流采用二进制除法相除所得到的余数。其中被除数是需要计算校验和的信息数据流的二进制表示，除数是一个长度为的预定义的二进制数。 0054 本发明的效果可通过以下仿真进一步说明。 0055 1）仿真条件：定义源节点到目的节点信道的信噪比为 sd Esd/N0，中继节点到目的节点信道的信噪比为 rd Erd/N0，源节点到中继。

26、节点的信噪比为 sr Esr/N0， N0表示信道中高斯白噪声的功率，令rd2sd， N=80， E1和E2采用相同的生成多项式为G=(7,5)8 的递归系统卷积码，交织器选用二次置换多项式交织器，译码采用 MAP 算法，迭代次数为 6 次。另外，本发明的门限 T 选用最佳门限Pb是译码的误比特率。 0056 2）仿真内容与结果： 0057 用本发明的分布式 Turbo 编码方法 Proposed DTC 与基于简单 DF 的分布式 Turbo 编码方法DTC-DF、基于软信息中继的分布式Turbo编码方法DTC-SIR、基于门限中继的分布式 Turbo 编码方法 DTC。

27、-TR、完美分布式 Turbo 编码方法 Perfect-DTC 在满足上述仿真条件的情况下且sr10dB时，对误比特率随源节点到目的节点信道的信噪比sd变化情况进行仿真比较，结果如图 2。说明书 CN 102811116 A 6 5/5 页 7 0058 用本发明的分布式 Turbo 编码方法 Proposed DTC 与基于简单 DF 的分布式 Turbo 编码方法DTC-DF、基于软信息中继的分布式Turbo编码方法DTC-SIR、基于门限中继的分布式 Turbo 编码方法 DTC-TR、完美分布式 Turbo 编码方法 Perfect-DTC 在满足上述仿真条件。

28、的情况下且 sr 20dB 时对误比特率随源节点到目的节点信道信噪比 sd变化情况进行仿真比较，其结果如图 3。 0059 由图 2 可知，本发明的分布式 Turbo 编码方法的误比特率低于基于门限中继的分布式 Turbo 编码方法的误比特率，远低于基于简单 DF 的分布式 Turbo 编码方法和基于软信息中继的分布式 Turbo 编码方法的误比特率。 0060 由图 2 和图 3 对比还可以看出，随着源节点和中继节点之间的链路信噪比 sr的增加本发明的分布式Turbo编码方法的误比特率可更加接近分布式Turbo编码方法时的误比特率，因此，本发明的分布式 Turbo 编码方法具有一定的使用价值。说明书 CN 102811116 A 7 1/2 页 8 图 1 说明书附图 CN 102811116 A 8 2/2 页 9 图 2 图 3 说明书附图 CN 102811116 A 9 。

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