CN101420291A - 中继***中网络与信道编码的联合译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的技术用于移动通信中继***中，在接收端处对两路直接到达信号以及通过中继节点传送过来经过网络编码之后的信号进行联合迭代译码，在这一过程中可以充分获得中继***所带来的分集增益，并且还能通过译码过程中软信息的交换使得网络编码也可以辅助信道编码来提高译码可靠性。本发明将中继传输***中的网络与信道编码的译码过程联合起来进行，通过引入校验节点实现其中软信息的交换，进而提高中继***的译码可靠性，提高***传输性能。

Description

中继***中网络与信道编码的联合译码方法

技术领域

本发明涉及一种中继***中网络与信道编码的联合译码方法，通过在接收端对直接由发送端传送过来的数据以及中继节点传送过来的进行网络编码后的数据联合迭代译码，来获得中继***的分集增益以及各译码器之间软信息交换联合迭代译码所带来的译码数据可靠性的提高，进而提高***传输性能。本发明可以应用于多接入中继***以及与其类似的存在中继节点的通信***等等。

背景技术

近年来，网络编码技术逐渐成为通信领域的热点，主要是因为网络编码技术能够很好的改善***的吞吐量性能，并且将其应用于中继***中还可以带来分集增益，与此同时并没有增加***的复杂度，相比于传统的中继方案在中继节点处通过一定的处理方法反而会降低处理复杂度。在传统的无线信道传输中，一定的信道编码方案是必须的，中继***也不例外，一般情况下信道编码与网络编码均独立进行操作，通过信道编码方案引入一定的冗余信息来提高***传输的可靠性，通过网络编码方案来提高***的吞吐量或者引入一定的分集增益。一些简单的联合解决方案也只是在中继节点处进行以降低中继节点的处理复杂度，并没有带来太多的***性能方面的提升，诸如误码率以及吞吐量性能等等。

发明内容

为了更好的利用网络编码所带来的有效性以及信道编码所带来的可靠性，本发明提出了一种网络与信道编码联合迭代译码的方法。其基本原则是利用信道编码软输入软输出的译码特性，结合网络编码所传递信息的特殊性，实现两者软信息相互交换的迭代译码过程。在中继节点处对若干个(不妨设为N)输入源的数据进行网络编码处理，形成一路数据发送出去，在接收端对直接传送的N路数据信息以及一路经过中继节点网络编码的数据信息一同处理。在实现的过程中原始数据信息以及网络编码后的数据信息均经过信道编码后传送过来，并且需要信道译码采用的是迭代的软输入软输出的译码方式，在接收端分别进行第一次的译码，然后将译码输出的软信息输入到校验节点处进行一系列的计算，从而得出各自新的软信息，与原始的外信息合并后送入到初始译码器中进行第二次的迭代译码。重复这一过程，直到达到设定的迭代次数。本发明具体的实现步骤是：

步骤1：在中继节点处，对N路输入数据进行信道译码、网络编码、信道编码处理，生成一路组合后的数据发送出去。

步骤2：在接收端对直接传送的N路数据以及一路经过中继节点网络编码后的数据信息分别进行一次信道译码操作，即一次处理N+1路数据。将各个译码器第一次译码后得到的软信息数值送入到校验节点处进行一系列的运算，即利用其中的任意N路软信息生成一路新的与原始信息相独立的软信息，从而得到N+1路新的软信息数值。

步骤3：将N+1路新的软信息与自身译码器第一次译码得到的外信息相加合并，再送入到译码器输入端作为第二次译码的先验信息。

步骤4：重复步骤2、步骤3，直到达到预先设定的迭代次数为止。

步骤5：达到特定的迭代次数后，停止迭代，对N路直接传送数据译码器输出的软信息进行硬判决，从而得到原始传送的数据信息。

附图说明

结合以下附图以及具体实例对发明所做的详细描述将便于理解发明的原理、步骤、特点，附图中：

图1是表示本发明在N路接入中继***示例中的传输模型；

图2是表示本发明中中继节点的数据处理过程示意图，以产生N路数据网络编码后相组合的数据结构，进而由中继节点发送出去；

图3是表示本发明在接收端的处理情况示意图，N+1路数据同时进行处理，包含了迭代译码以及校验节点之间软信息的交换过程。

图4是表示经过本发明中网络与信道编码的联合译码过程处理的其中一路数据误比特率、误帧率性能示意图，以及经过网络与信道编码分离处理的中继***所得到的数据误比特率、误帧率示意图，从中可以看出二者的性能对比关系，其中横坐标表示的是接收端的信噪比。

具体实施方式

无线通信中存在中继节点的传送模型范围比较广泛，为了便于理解，在此使用一种有代表性的例子来阐述本发明中网络与信道编码的联合迭代译码方法，即两路接入中继***下采用Turbo信道编码和异或网络编码技术的无线传输模型。本发明对于所有具有这个示例特征的传输***普遍适用，即同样适用于多路接入、多路网络编码以及采用其他迭代译码的信道编码方式的中继传输***。

在此设定两路发送数据分别为A路和B路，经过中继节点网络编码后的数据为C路，在发送时，A和B路数据分别进行调制、Turbo编码后直接发送给接收端，同时也发送到中继节点处。在中继节点处对A、B两路数据分别解调、Turbo解码，再进行异或操作，最后再进行调制、Turbo编码操作从而得到C路数据，然后发送给接收端。也就是说C路数据是A、B两路数据进行异或网络编码操作后得到的信息，从而在接收端得到三路Turbo信道编码之后的数据信息。

在接收端首先对A、B、C三路数据分别进行解调以及一次迭代的Turbo译码操作，即一次译码后第二个成员译码器得到的外信息并不马上传回到第一个成员译码器的输入端，而是将三路译码器得到的后验概率对数似然比信息(LLR)传递到一个校验节点处。在此设定各路的后验概率对数似然比信息分别为LLR_a、LLR_b、LLR_c，每一路数据中的相对应比特取1的概率分别为P_a、P_b、P_c，则取0的概率就分别为1-P_a、1-P_b、1-P_c。其中LLR与P的关系如下：

$\ln \frac{P_i}{1-P_i}={\mathrm{LLR}}_i---\left(1\right)$

$P_i=\frac{e^{{\mathrm{LLR}}_i}}{1+e^{{\mathrm{LLR}}_i}},$ 其中i∈(a，b，c)        (2)

在校验节点处，可以根据上面的式子将各路译码器输出的LLR值先转换成概率值。接下来由于C路数据是A、B两路数据信息比特的异或，也就是说三者的信息比特满足：

A+B+C＝0，此处涉及到的是比特级的模2加运算           (3)

结合此式可以利用任意两路信息的概率值来求得第三路信息比特取1的概率值。设定通过计算得到各路信息新的概率值分别为P_a_new、P_b_new、P_c_new。可以得到：

$P_{a\_\mathrm{new}}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}(1-2P_b)(1-2P_c)---\left(4\right)$

$P_{b\_\mathrm{new}}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}(1-2P_a)(1-2P_c)---\left(5\right)$

$P_{c\_\mathrm{new}}=\frac{1}{2}+\frac{1}{2}(1-2P_a)(1-2P_b)---\left(6\right)$

则可以结合(2)、(4)、(5)、(6)式根据输入校验节点的LLR值计算出新的各路信息比特取1的概率值。再根据(1)式将概率值转化为新的LLR值——LLR_{i_}new，其中i∈(a，b，c)。进而将新得到的各路LLR值输送回各个译码器中，并与自身第二个成员译码器所产生的外信息相加送入到第一个成员译码器中作为下一轮迭代译码的先验信息。

在第二轮迭代译码过程中重复上述过程，直到达到预先设定的迭代次数为止。最后一轮迭代后将两路直接传送数据译码器输出的LLR值进行硬判决，从而得到原始传送的数据信息。

综合以上可以看出，本发明所提出的针对中继***中网络与信道编码的联合译码方法具有如下特点：

1.通过网络与信道编译码的结合可以改变传统的网络编码单纯的用来提高***有效性以及为中继***带来一定分集增益的局限性，可以利用网络编码所传递信息的特殊性为信道编码提供更多的译码可靠性，进而提高***传输性能。

2.在联合译码的过程中通过校验节点的计算，实现各个译码器之间软信息的相互传递，进而达到迭代译码的效果。

3.在校验节点处，通过一定的计算可以得到与自身译码器完全不相关的软信息，将此新得到的软信息与自身译码器产生的外信息合并后一起作为先验信息进行下一次的迭代译码，以此获得更充分的分集增益。

4.对具体的实现方式不敏感，对于存在中继节点以及传输过程中采用网络编码与软输入软输出迭代信道编译码的***即可采用此方法。

总之，本发明是一种灵活有效的网络与信道编码的联合译码方案，其目的是以简单的结构和易实现的方法提高中继***中数据传输的可靠性。

Claims (8)

1.一种用于移动通信中继***中的网络与信道编码的联合译码方法。为了更好的利用中继节点的网络编码处理所带来的有效性以及信道编码所带来的可靠性，在接收端利用信道编码软输入软输出的译码特性，结合网络编码所传递信息的特殊性，同时处理若干个(用N代表)发送端直接传送的数据以及一路由中继节点转发过来的网络编码后的数据，在接收端分别进行第一次的译码，然后将译码输出的软信息输入到校验节点处进行一系列的计算，从而得出各自新的软信息，再与原始的外信息合并后送入到初始译码器中作为先验信息进行第二次的迭代译码，达到一定的迭代次数后对译码器输出的软信息进行硬判决，从而得到原始的发送数据。该方法的具体实现步骤为：

步骤1：在中继节点处，对N路输入数据进行信道译码、网络编码、信道编码处理，生成一路组合后的数据发送出去。

步骤2：在接收端对直接传送的N路数据以及一路经过中继节点网络编码后的数据信息分别进行一次信道译码操作，即一次处理N+1路数据。将各个译码器第一次译码后得到的软信息数值送入到校验节点处进行一系列的运算，即利用其中的任意N路软信息生成一路新的与原始信息相独立的软信息，从而得到N+1路新的软信息数值。

步骤3：将N+1路新的软信息与自身译码器第一次译码得到的外信息相加合并，再送入到译码器输入端作为第二次译码的先验信息。

步骤4：重复步骤2、步骤3，直到达到预先设定的迭代次数为止。

步骤5：达到特定的迭代次数后，停止迭代，对N路直接传送数据译码器输出的软信息进行硬判决，从而得到原始传送的数据信息。

2.如权利要求1中所述的用于中继***中的网络与信道编码的联合译码方法，其特征在于：在中继节点处，同时对若干路数据进行网络编码操作，进而生成一路网络编码后的数据发送给接收端。

3.如权利要求1中所述的用于中继***中的网络与信道编码的联合译码方法，其中在接收端对N+1路信道编码后的数据信息进行联合处理，其中包括N路直接传送数据信息以及一路经过网络编码操作后的数据信息。

4.如权利要求1中所述的用于中继***中的网络与信道编码的联合译码方法，其中在接收端对N+1路数据先进行第一次的信道译码，将输出的软信息输入到校验节点中进行运算，其中的运算方式是利用任意N路数据信息计算出一路新的与原始信息相独立的软信息。

5.如权利要求1中所述的用于中继***中的网络与信道编码的联合译码方法，对于校验节点运算之后的软信息分别与译码器第一次译码产生的外信息相加合并，再送回到译码器的输入端，作为先验信息来进行第二次的译码。

6.如权利要求1中所述的用于中继***中的网络与信道编码的联合译码方法，重复权利要求4和权利要求5中所述的步骤，实现N+1路译码器软信息相互交换后的迭代译码方式。

7.如权利要求1中所述的用于中继***中的网络与信道编码的联合译码方法，达到一定的迭代次数后，停止迭代，对N个直接传送数据译码器的输出软信息直接进行硬判决，从而得到原始的数据信息。

8.如权利要求1中所述的用于中继***中的网络与信道编码的联合译码方法，其特征在于其基本实现步骤为：

步骤1：在中继节点处，对N路输入数据进行信道译码、网络编码、信道编码处理，生成一路组合后的数据发送出去。

步骤2：在接收端对直接传送的N路数据以及一路经过中继节点网络编码后的数据信息分别进行一次信道译码操作，即一次处理N+1路数据。将各个译码器第一次译码后得到的软信息数值送入到校验节点处进行一系列的运算，即利用其中的任意N路软信息生成一路新的与原始信息相独立的软信息，从而得到N+1路新的软信息数值。

步骤3：将N+1路新的软信息与自身译码器第一次译码得到的外信息相加合并，再送入到译码器输入端作为第二次译码的先验信息。

步骤4：重复步骤2、步骤3，直到达到预先设定的迭代次数为止。

步骤5：达到特定的迭代次数后，停止迭代，对N路直接传送数据译码器输出的软信息进行硬判决，从而得到原始传送的数据信息。

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