CN102684815A - 协作通信的传输方法、中继节点及传输*** - Google Patents

协作通信的传输方法、中继节点及传输*** Download PDF

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CN102684815A CN2011100563332A CN201110056333A CN102684815A CN 102684815 A CN102684815 A CN 102684815A CN 2011100563332 A CN2011100563332 A CN 2011100563332A CN 201110056333 A CN201110056333 A CN 201110056333A CN 102684815 A CN102684815 A CN 102684815A
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Abstract

本发明公开了一种协作通信的传输方法、中继节点及传输***，涉及通信技术领域，解决了现有技术中协作通信***中译码性能较差的问题。本发明实施例接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号；对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码；将叠加编码后的信号在下一时隙进行转发。本发明实施例主要用在协作通信***中。

Description

协作通信的传输方法、中继节点及传输***
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及协作通信的传输方法、中继节点及传输***。
背景技术
协作通信(Cooperative communication)技术是近年来发展起来的一项技术，典型协作通信***包括三种节点：源节点，中继节点和目的节点，其中作为信源的源节点与作为信宿的目的节点之间需要进行通信，协作通信***中的中继节点能够接收到源节点发出的信号，并且转发给目的节点；而目的节点一般既能够接收源节点发送的信号，也能够接收中继节点转发的信号；当然，在部分协作通信***中，目的节点也可以只接收中继节点转发的信号。
由于协作通信***的中继节点可以使用带有一根天线的移动台，使得用户在多用户环境中进行通信时可以共享其他移动用户的天线，这样可产生多根虚拟发射天线，进而得到相应的分集增益，改善移动通信***的性能。
为了提供协作通信***中信号传输效率和频谱利用率，现有技术中的协作通信在源节点和目的节点之间一般采用两个中继节点，通过两个中继节点轮流接收源节点数据包和转发中继信号，以便目的节点可以在每个时隙连续地接收新的数据信息。利用两中继节点轮流工作的接续中继方法提高了***的传输效率，但是中继节点在接收源传输的包时会受到另一个发送中继的干扰，该技术采用了干扰消除方法分别将源节点和另一中继节点发送的信号进行解码，并在下一个时隙将解码获得的源节点在当前时隙发送的信号进行重复编码然后再发送。
在实现上述协作通信***的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：一是中继节点仅将解码获得的源节点在当前时隙发送的信号进行重复编码发送，没有利用解码获得的另一中继节点发送的信号，不能充分利用编码增益，***性能有待改进；二是当源节点到中继节点的信道质量以及两个中继节点之间的信道质量相近时，现有的协作通信***的译码性能较差。
发明内容
本发明的实施例提供一种协作通信的传输方法、中继节点及传输***，提高协作通信***的译码性能。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种协作通信的传输方法，包括：
接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；
从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号；
对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，得到叠加编码后的信号；
将所述叠加编码后的信号在下一时隙进行转发。
一种中继节点，包括：
接收单元，用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；
解码单元，用于从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号；
编码单元，用于对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，得到叠加编码后的信号；
转发单元，用于将所述叠加编码后的信号在下一时隙进行转发。
一种协作通信的传输***，包括：
源节点，用于在当前时隙发送信号；
至少两个中继节点，用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；还用于从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号，对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，得到叠加编码后的信号；将所述叠加编码后的信号在下一时隙进行转发；
目的节点，用于接收中继节点转发的叠加编码后的信号，并对接收到的信号进行解码得到源节点发送的信号。
一种协作通信的传输方法，包括：
接收源节点在当前时隙发送信号接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；
将所述混叠信号映射成源节点发送的信号的网络编码信号；
从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息；
在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号。
一种中继节点，包括：
接收单元，用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；
映射单元，用于将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号；
分离单元，用于从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息；
转发单元，用于在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号。
一种协作通信的传输***，包括：
源节点，用于在当前时隙发送信号；
至少两个中继节点，用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其它中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其它中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；还用于将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号，从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息，并在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号；
目的节点，用于接收中继节点转发的网络编码信号，并对接收到的网络编码信号进行解码得到源节点发送的信号。
一种协作通信的传输方法，包括：
获取源节点与目的节点之间的等效信道质量、源节点与中继节点之间的第一信道质量以及中继节点之间的第二信道质量；
计算所述第一信道质量与所述第二信道质量之间的信道质量差；
在所述等效信道质量小于第一预定门限时，按照权利要求1或2中所述协作通信的传输方法进行协作通信；
在在所述等效信道质量不小于第一预定门限时，判断所述信道质量差是否大于第二预定门限；
在所述信道质量差大于第二预定门限时，按照权利要求1或2中所述协作通信的传输方法进行协作通信；
在所述信道质量差不大于第二预定门限时，按照权利要求8所述协作通信的传输方法进行协作通信。
本发明实施例提供的协作通信的传输方法、中继节点及传输***，本发明实施例中协作通信的传输方法在当前时隙需要同时接收到源节点及其他中继节点的信号，然后将接收到的信号进行解码并重新编码或者映射并分离，并将重新编码信号或分离后的映射信号进行转发。
在进行解码时则是将接收到信号中所有源节点发出的信号都解码出来，以便在下一时隙能够将源节点在两个时隙的发送的信号进行叠加编码并转发，采用这种传输方案时，可以提高协作通信***中译码性能。
在进行映射时，需要将混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号，也就是说混叠信号中任何一个与源节点发送的信号相关的信号项，都需要映射到网络编码信号中，并分离掉已译码信息然后进行转发，采用这种传输方案时，可以提高协作通信***中译码性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中四节点无线通信的传输方案示意图；
图2为现有技术中协作通信的时隙图；
图3为本发明实施例1中一种协作通信的传输方法流程图；
图4为本发明实施例1中一种中继节点的框图；
图5为本发明实施例1中一种协作通信***的原理图；
图6为本发明实施例1中另一种协作通信的传输方法流程图；
图7为本发明实施例1中另一种中继节点的框图；
图8为本发明实施例1中另一种协作通信***的原理图；
图9为本发明实施例1中再一种协作通信的传输方法流程图；
图10为本发明实施例2中一种协作通信的传输方法流程图；
图11为本发明实施例2中协作通信的时隙图；
图12为本发明实施例2中中继的处理过程流程图；
图13为本发明实施例2中中继节点的框图；
图14为本发明实施例2中协作通信***的原理图；
图15为本发明实施例3中协作通信的传输方法流程图；
图16为本发明实施例3中协作通信的时隙图；
图17为本发明实施例3中中继的处理过程流程图；
图18为本发明实施例3中中继节点的框图；
图19为本发明实施例3中协作通信***的原理图；
图20为本发明实施例4中协作通信的传输方法流程图；
图21为本发明实施例中仿真***的模型图；
图22为本发明实施例中中继之间信道质量较好时仿真效果图；
图23为本发明实施例中中继之间信道质量较差时仿真效果图；
图24为本发明实施例中接收SNR为25dB、中继距离较近时的仿真效果图。
具体实施方式
图1所示为四节点无线通信的传输方案的示意图，该传输方案利用两中继节点轮流工作的接续中继方法提高了***的传输效率。中继节点在接收源传输的包时会受到另一个发送中继的干扰，该技术采用了干扰消除方法，将信道质量较差的接收信号看成是高斯噪声的近似方法提取源信号，并在下一个时隙对解码获得的源信号进行重复编码然后再发送。该技术提出了当中继干扰较强时，可以考虑先译码干扰信号(另一个中继节点发送的信号)，再得到所需信号(源信号)。在目的端，在接收到多个时隙的传输信号以后，利用空时V-BLAST(Vertical Bell Labs Layered Space-Time，垂直贝尔实验室分层空时)的方法进行检测。
在图1中，在第一个时隙中，源节点S发送信号S1，中继节点R1进行信号的接收，所以，第一时隙中中继节点R1接收源节点发送的S1；在第二时隙中，源节点S发送信号S2，另一个中继节点S2进行信号的接收，同时中继节点R1发送在第一时隙接收到的信号S1，所以，在第二时隙中中继节点R2能够收到S1和S2，目的节点D则接收中继节点R1发送的S1；在第三时隙中，源节点S发送信号S3，中继节点R1进行信号接收，中继节点R2发送在第二时隙通过干扰消除解码获得的信号S2，所以，在第三时隙中中继节点R1能够收到S2和S3，目的节点D则接收中继节点R2发送的S2。
当然，如果源节点S与目的节点D之间存在传输链路，目的节点D还可以同时接收源节点发送的信号。图1中无线通信的传输方案的时隙图如图2所示。
本发明实施例提供一种协作通信的传输方法、中继节点及传输***。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明实施例提供一种协作通信的传输方法，如图3所示，所述传输方法包括：
301、接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号。
302、从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号。
303、对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，得到叠加编码后的信号。
304、将叠加编码后的信号在下一时隙进行转发。
本发明实施例还提供一种中继节点，如图4所示，所述中继节点包括：接收单元41、解码单元42、编码单元43、转发单元44。
其中，接收单元41用于接收源节点在当前时隙发送的信号和中继节点转发信号组成的混叠信号，所述中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；解码单元42用于从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号；编码单元43用于对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，得到叠加编码后的信号；转发单元44用于将叠加编码后的信号在下一时隙进行转发。
本发明实施例还提供一种协作通信的传输***，如图5所示，所述***包括：源节点51、至少两个中继节点52以及目的节点53。
其中，源节点51用于在当前时隙发送信号；至少两个中继节点52用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；还用于从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号，对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，并将叠加编码后的信号在下一时隙进行转发；目的节点53用于接收中继节点转发的叠加编码后的信号，并对接收到的信号进行解码得到源节点发送的信号。
本发明实施例还提供一种协作通信的传输方法，在本实施例中主要采用网络编码的方式接续中继传输，如图6所示，所述方法包括：
601、接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号。
602、将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号。
603、从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息。
604、在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号。
本发明实施例还提供一种中继节点，如图7所示，所述中继节点包括：接收单元71、映射单元72、分离单元73、转发单元74。
其中，接收单元71用于接收源节点在当前时隙发送的信号和中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；映射单元72用于将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号；分离单元73用于从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息，转发单元74用于在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号。
本发明实施例还提供一种协作通信的传输***，如图8所示，所述***包括：源节点81、中继节点82和目的节点83，本实施例中的中继节点一般至少两个，图8中以两个中继节点为例进行说明，但并不作为本发明保护范围的限定。
其中，源节点81用于在当前时隙发送信号；
至少两个中继节点82用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其它中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其它中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；中继节点82还用于将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号，从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息，并在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号；目的节点83用于接收中继节点82转发的网络编码信号，并对接收到的网络编码信号进行解码得到源节点发送的信号。
本发明实施例还提供一种协作通信的传输方法，如图9所示，所述方法包括：
901、在***传输过程开始之前，获取源节点S与目的节点D之间的等效信道质量eSNR、源节点S与中继节点R之间的第一信道质量以及中继节点之间的第二信道质量。
具体实现时，本过程具体方案为：在***传输过程开始之前，源节点和中继节点分别占用不同时隙发送训练序列。通过训练序列，中继节点可以得到自己与源节点以及与另一个中继节点之间的信道质量信息，相当于获取了源节点与中继节点之间的信道质量以及中继节点之间的信道质量。同时目的节点也可以得到与源节点以及与中继节点之间的信道质量信息，并由目的节点将得到的信道质量信息反馈给中继节点，中继节点即可得到源节点与目的节点之间的等效信道质量eSNR。其中等效信道质量eSNR定义为：设接收矩阵为H，H中的非零元素hij说明了接收端在第i个时隙接收到了有效的源信息Sj信号分量，接收这部分信号的等效SNR为hij·SNR。设H中非零元素集合为CH，则***的等效SNR可以表示为：
902、计算所述第一信道质量与第二信道质量之间的信道质量差；将源节点S与中继节点R之间信道质量用SNRSR表示，中继节点之间信道质量用SNRRR表示，具体的信道质量差ΔSNR＝SNRRR-SNRSR。
903、判断所述等效信道质量eSNR是否小于第一预定门限，如果eSNR小于第一预定门限，则执行905；如果eSNR不小于第一预定门限，则执行904。
904、判断所述信道质量差ΔSNR是否大于第二预定门限；如果ΔSNR大于第二预定门限，则执行905；如果ΔSNR不大于第二预定门限，则执行906。
905、按照图3所示方案中提供协作通信的传输方法进行协作通信。
906、按照图6所示方案中提供协作通信的传输方法进行协作通信。
本发明实施例提供的协作通信的传输方法、中继节点及传输***，本发明实施例中协作通信的传输方法在当前时隙需要同时接收到源节点及其他中继节点的信号，然后将接收到的信号进行解码并重新编码或者映射并分离，并将重新编码信号或分离后的映射信号进行转发。
在进行解码时则是将接收到信号中所有源节点发出的信号都解码出来，以便在下一时隙能够将源节点在两个时隙的发送的信号进行叠加编码并转发，采用这种传输方案时，可以提高协作通信***中译码性能。
在进行映射时，需要将混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号，也就是说混叠信号中任何一个与源节点发送信号相关的信号项，都需要映射到网络编码信号中，并分离掉已译码信息然后进行转发，采用这种传输方案时，可以提高协作通信***中译码性能。
实施例2：
本发明实施例提供一种协作通信的传输方法，在本实施例中以叠加编码的方案为例进行说明，但叠加编码并不能作为本发明保护范围的限定。
假定本发明实施例的应用场景为：在无线中继***中存在一个源节点，并通过两个中继节点的协助与一个目的节点进行通信。源节点、两个中继节点以及目的阶段都工作在半双工模式下，也就是说每个节点不能同时收发。在传输过程中假设源节点需要传输的数据可以被分成L个数据包。在本发明实施例中，通过两个中继的协助，***需要分配L+2个时隙传输这L个数据包。在源节点，数据包在连续的L个时隙被发送；两个中继节点轮流工作在发送和监听状态下，每个时隙只有一个中继节点转发源节点的数据包。
源节点在第一个时隙到第L个时隙是需要联系发送数据包的，但是两个中继节点在第一个时隙是侦听并接收源节点发送的数据包。在第二个时隙内，其中一个中继节点R1将在第一个时隙接收到数据包解码后进行发送，此时目的节点和另一个中继节点R2都能够接收到该中继节点R1发送的数据包，并且R2还能够接收到源节点在第二个时隙内发送的数据包，相当于R2收到来自R1和源节点信号的混叠加信号，这种情况可以看成是一个两用户接入信道状态，可以通过串行干扰消除(SIC)(见流程图)的方法解码出来自不同节点的信号。
并且在后续的第三个时隙到第L个时隙内，两个中继节点都需要同时接收源节点发送的数据包以及另一个中继节点转发数据，即：中继节点在接收并解码由转发中继和源节点传输的混叠信号。
中继节点接收到混叠信号的传输方法如图10所示，所述方法包括：
1001、接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号，并且所述中继节点转发的信号为经过叠加编码后的信号。本发明实施例的叠加编码具体可以采用但不限于能量归一化的叠加编码。
1002、从所述混叠信号中消去先前已解码得到源节点发送的信号。
1003、将源节点在当前时隙发送的信号作为噪声，通过干扰消除方法从已消去先前已解码信号的混叠信号中解码得到所述源节点在前一时隙发送的信号。
1004、从已消去先前已解码信号的混叠信号中消去所述源节点在前一时隙发送的信号得到所述源节点在当前时隙发送的信号。
通过上述步骤1002至1004完成了如下功能：从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号。
1005、将所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号经过能量归一化的叠加编码后，在下一时隙进行转发经过叠加编码后的信号。
下面对上述应用场景进行分时隙的描述，如图11所示，从时隙1至时隙L+1的具体传输协议如下：
时隙1：中继节点R1和中继节点R2监听源节点S发送的数据包。
时隙2：在前一个时隙，R1只收到了来自源节点的信号，在解码之后，只需传输相应的重复编码数据包。R2在本时隙内收到来自R1和源节点信号的混叠加信号，这种情况可以看成是一个两用户接入信道状态，可以通过串行干扰消除(SIC)(见流程图)的方法解码出来自不同节点的信号。
时隙3到时隙L：中继节点R1和R2在每个时隙内均在接收并解码由另一个中继节点转发以及源节点传输的混叠信号，将源节点数据和另一个中继节点发送的上一时隙源数据信息进行能量归一化的叠加编码后在下一时隙转发，目的节点则接收上述转发的信号。在本发明实施例中，中继节点在对信号做叠加编码时采用了能量归一化的做法，即把转发的叠加编码信号的功率归一化；在实际***中，中继节点在对信号做叠加编码时也可不采用能量归一化的做法。本实施例采用能量归一化做法的目的在于更直观地和现有技术进行性能对比。
时隙L+1；源节点不再传输新的数据包，监听中继只收到来自另一个中继的信号。它可以根据已经解码的叠加编码信号分量，得到新的信息，在L+2时隙传输给目的节点。
以图11中中继节点R2在第4个时隙接收情况为例，R2的处理过程如图12所示，具体包括：
1201、在第四个时隙内，中继节点R2接收R1发送的信号以及源节点发送的信号的混跌信号，由于R1发送的信号为能量归一化的叠加编码后的信号，如图11中所示，第四个时隙内R1发送的信号可以表示为：
Figure BDA0000049456690000121
所以，R2具体接收到的信号可以表示为：
Figure BDA0000049456690000122
其中S2为源节点在第2个时隙发送的信号，S3为源节点在第3个时隙发送的信号，S4为源节点在第4个时隙发送的信号；hr1r2为两个中继节点之间的信道衰弱参数，，hsr2为源节点与中继节点R2中间的信道衰弱参数。
1202、由于中继节点R2在之前已经解码出了S2，所以R2可以将所接收信号中的
Figure BDA0000049456690000123
消去，从而得到
1203、由于两个中继节点R2和R1的距离相对较近，而源节点到中继节点的距离相对较远，故而可将S4看做干扰并通过干扰消除的方法解码S3。
1204、解码出S3后，再次将消去，从而得到hsr2S4。
1205、由于源节点与中继节点R2中间的信道衰弱参数hsr2已知，可以直接译码得到S4。
1206、在第5个时隙内，将译码得到的S3、S4进行编码得到能量归一化叠加信号，具体叠加信号可以表示为：然后将该叠加信号进行转发，以便目的节点和另一中继节点R1能够接收到。
从图11中可以看出，采用本发明实施例提供的方案进行协作通信时，目的节点D在存在S-D链路(源节点至目的节点的链路)时的接收信号、与不存在S-D链路时接收信号是不同的，故而目的节点在进行解码时也需要采用不同的方案；如果源节点可以和目的节点直接通信，目的节点将收到源节点和转发中继的混叠信号，否则就只收到来自转发中继的信号。
具体说明如下：以编码包长度为5为例，无S-D链路的中继***，目的端接收解码矩阵为：
h r 1 d s 1 1 2 h r 2 d s 1 + 1 2 h r 2 d s 2 1 2 h r 1 d s 2 + 1 2 h r 1 d s 3 1 2 h r 2 d s 3 + 1 2 h r 2 d s 4 1 2 h r 1 d s 4 + 1 2 h r 1 d s 5 h r 2 d s 5 h r 1 d 1 2 h r 2 d 1 2 h r 2 d 1 2 h r 1 d 1 2 h r 1 d 1 2 h r 2 d 1 2 h r 2 d 1 2 h r 1 d 1 2 h r 1 d h r 2 d s 1 s 2 s 3 s 4 s 5 = H s 1 s 2 s 3 s 4 s 5
有S-D链路的中继***，目的端接收解码矩阵为：
h sd s 1 h r 1 d s 1 + h sd s 2 1 2 h r 2 d s 1 + 1 2 h r 2 d s 2 + h sd s 3 1 2 h r 1 d s 2 + 1 2 h r 1 d s 3 + h sd s 4 1 2 h r 2 d s 3 + 1 2 h r 2 d s 4 + h sd s 5 1 2 h r 1 d s 4 + 1 2 h r 1 d s 5 h r 2 d s 5 h sd h r 1 d h sd 1 2 h r 2 d 1 2 h r 2 d h sd 1 2 h r 1 d 1 2 h r 1 d h sd 1 2 h r 2 d 1 2 h r 2 d h sd 1 2 h r 1 d 1 2 h r 1 d h r 2 d s 1 s 2 s 3 s 4 s 5 = H s 1 s 2 s 3 s 4 s 5
其中，上述解码矩阵中字母表示的参数均为源，中继R1，中继R2以及目的端的信道衰落参数。
在接收到7个时隙的信号后，目的节点对这些信号进行联合解码。在完全已知CSI(矩阵H)的条件下，MIMO***中应用的检测算法在本发明中都可以使用，如串行干扰消除的迭代MMSE的解调方法。
本发明实施例还提供一种中继节点，如图13所示，所述中继节点包括：接收单元131、解码单元132、转发单元133。
其中，接收单元131用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号，并且所述中继节点转发的信号为经过能量归一化的叠加编码后的信号；解码单元132用于从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号；转发单元133用于将所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号在下一时隙进行转发，并且本发明实施例中所述转发单元133将所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号经过能量归一化的叠加编码后在下一时隙进行转发。
为了能够将所述叠加信号进行解码，本发明实施例中所述解码单元132的具体实现包括：第一消去模块1321、解码模块1322、第二消去模块1323。
其中，第一消去模块1321用于从所述混叠信号中消去先前已解码得到源节点发送的信号；解码模块1322用于将源节点在当前时隙发送的信号作为噪声，通过干扰消除方法从已消去先前已解码信号的混叠信号中解码得到所述源节点在前一时隙发送的信号；第二消去模块1323用于从已消去先前已解码信号的混叠信号中消去所述源节点在前一时隙发送的信号得到所述源节点在当前时隙发送的信号。
本发明实施例还提供一种协作通信的传输***，如图14所示，所述***包括：源节点141、至少两个中继节点142以及目的节点143。
其中，源节点141用于在当前时隙发送信号；至少两个中继节点142用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；还用于从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号，并将所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号在下一时隙进行转发，一般来讲，中继节点142将所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号经过能量归一化的叠加编码后在下一时隙进行转发；目的节点143用于接收中继节点转发的所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号，并对接收到的信号进行解码得到源节点发送的信号。
在源节点141与目的节点143之间不存在S-D链路时，目的节点只需要接收中继节点转发的所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号；如果源节点141与目的节点143之间存在S-D链路，则所述目的节点143还用于接收源节点在当前时隙发送的信号，并对源节点在当前时隙发送的信号和所述叠加编码后的信号组成的混叠信号进行解码得到源节点发送的信号。
所述中继节点142在具体解码时包括如下过程：中继节点142先从所述混叠信号中消去先前已解码得到源节点发送的信号；然后将源节点在当前时隙发送的信号作为噪声，通过干扰消除方法从已消去先前已解码信号的混叠信号中解码得到所述源节点在前一时隙发送的信号；并从已消去先前已解码信号的混叠信号中消去所述源节点在前一时隙发送的信号得到所述源节点在当前时隙发送的信号。
本发明实施例提供的协作通信的传输方法、中继节点及传输***，本发明实施例中协作通信的传输方法在当前时隙需要同时接收到源节点及其他中继节点的信号，然后将接收到的信号进行解码并重新编码或者映射并分离，并将重新编码信号或分离后的映射信号进行转发。
在进行解码时则是将接收到信号中所有源节点发出的信号都解码出来，以便在下一时隙能够将源节点在两个时隙的发送的信号进行叠加编码并转发，采用这种传输方案时，可以提高协作通信***中译码性能。
实施例3：
本发明实施例提供一种协作通信的传输方法，本发明实施例的运用场景与实施例2中相同，区别在于本实施例中采用网络编码的方案。
在本发明实施例中，中继节点接收到混叠信号的传输方法如图15所示，所述方法包括：
1501、接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号。
1502、将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号。
1503、从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息。
1504、在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号。
本发明实施例在与实施例2相同的***模型下，取而代之，我们可以考虑在中继中利用网络编码特别是物理层网络编码(PNC)的方法进行中继转发。将PNC运用到接续中继***中，中继节点可以直接将接收到的所需信号和干扰信号的叠加映射成网络编码信号进行重传，这样减少了中继的运算复杂度和由于解码可能产生的错误。同时由于目的端接收到的是网络编码信号(无S-D链路)或是中继转发的网络编码信号和源信号的叠加(有S-D链路)，本发明中还设计了一种新的译码方法以得到源信息。
在接续中继***中，源节点在每一个时隙都发送新的信息，两个中继轮流收发，每个中继都将接收到的源信号和另一个中继传输的干扰信号的叠加信号直接映射成网络编码信号再进行转发。我们假设***采用的是BPSK的调制方式，映射关系可以如下表：
Figure BDA0000049456690000161
当监听中继接收到信号y时，根据判决门限β进行判断，β取值如下：
β = exp { - y - h 1 ( 2 ) - h 0 2 σ 2 } + exp { - y + h 1 ( 2 ) + h 0 2 σ 2 } exp { - y + h 1 ( 2 ) - h 0 2 σ 2 } + exp { - y - h 1 ( 2 ) + h 0 2 σ 2 }
当β大于1时，接收信号映射成-1；当β小于1时，接收信号映射成1。所以在完全已知中继之间信道衰落参数h1(2)以及源节点到中继节点信道衰落参数h0时，中继之间信道质量的变化(距离改变)只是使得相应判决门限改变。如果映射后的网络编码信号中有中继已知的信号部分，可以通过异或运算消去这部分信号以后再重传，但无需对接收信号进行解码。
图16中表示出了采用本发明实施例之后，源节点传输编码包长度为5的网络编码方案传输时隙图。
下面以图16中中继节点R2在第4个时隙接收情况为例，中继节点解码再转发的过程如图17所示，该方法包括：
1701、在第四个时隙中，中继节点R2接收到源节点发送的信号S4以及另一个中继节点R1发送的网络编码信号
Figure BDA0000049456690000171
1702、中继节点R2直接将接收到的信号映射成
Figure BDA0000049456690000172
1703、由于R2之间已经解码出了S2，所以可以将S2分离，从而得到
Figure BDA0000049456690000173
的网络编码信号。
1704、在第5个时隙中，将所得到网络编码信号进行转发，以便目的节点或者R1能够接收。
从图16中可以看出，采用本发明实施例提供的方案进行协作通信时，目的节点D在存在S-D链路(源节点至目的节点的链路)时的接收信号、与不存在S-D链路时接收信号是不同的，故而目的节点在进行解码时也需要采用不同的方案；如果源节点可以和目的节点直接通信，目的节点将收到源节点和转发中继的混叠信号，否则就只收到来自转发中继的信号。
具体说明如下：以编码包长度为5为例，无S-D链路的中继***，目的端接收解码矩阵为：
s 1 s 2 s 2 ⊕ s 3 s 3 ⊕ s 4 s 3 ⊕ s 4 ⊕ s 5 s 5 ⇒ G = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
有S-D链路的中继***，目的端接收解码矩阵为：
s 1 s 1 + s 2 s 2 + s 3 s 2 ⊕ s 3 + s 4 s 3 ⊕ s 4 + s 5 s 3 ⊕ s 4 ⊕ s 5 s 5 ⇒ s 1 s 1 ⊕ s 2 s 2 ⊕ s 3 s 2 ⊕ s 3 ⊕ s 4 s 3 ⊕ s 4 ⊕ s 5 s 3 ⊕ s 4 ⊕ s 5 s 5 ⇒ G = 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
目的端的解码可以采用利用已经译码的信息和网络编码信号异或得到新的源信息的高斯消元法，依次译得各个时隙发送的源信息。但在使用这种传统的译码方法时，当有一个时隙的信息译码错误后，接下来的译码结果都会出错。我们考虑一种不同的利用多时隙接收信号联合译码的方法：当目的端接收到一定数目的信号后，这些信号可以看成是源信号编码成生成矩阵为G的LDGM码的校验位码字。生成矩阵G是由接收到的网络编码信号形式决定的。因此我们可以通过解LDGM码的迭代译码算法恢复出源信息。有别于之前的方法，这种联合译码方法可以获得LDGM码的编码增益。输入迭代译码器的LLR值为：
当信号为xi或形式时，输入解码器的LLR(y)为4h1(2)y/N0，当接收信号为的形式时，输入LLR(y)为：
L ( y ) = log exp { - ( y - h 1 ( 2 ) - h 0 ) 2 N 0 } + exp { - ( y + h 1 ( 2 ) + h 0 ) 2 N 0 } exp { - ( y - h 1 ( 2 ) + h 0 ) 2 N 0 } + exp { - ( y + h 1 ( 2 ) - h 0 ) 2 N 0 }
本发明实施例还提供一种中继节点，如图18所示，所述中继节点包括：接收单元181、映射单元182、分离单元183、转发单元184。
其中，接收单元181用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；映射单元182用于将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号；分离单元183用于从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息；所述转发单元184用于在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号。
本发明实施例还提供一种协作通信的传输***，如图19所示，所述***包括：源节点191、中继节点192和目的节点193，本实施例中的中继节点一般至少两个，图19中以两个中继节点为例进行说明，但并不作为本发明保护范围的限定。
其中，源节点191用于在当前时隙发送信号；
至少两个中继节点192用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其它中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其它中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；中继节点192还用于在下一时隙转发所述网络编码信号之前，从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息，并在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号；目的节点193用于接收中继节点192转发的网络编码信号，并对接收到的网络编码信号进行解码得到源节点发送的信号。
本发明实施例中所述目的节点193还用于接收源节点在当前时隙发送的信号，并对源节点在当前时隙发送的信号和中继节点转发信号组成的混叠信号进行解码得到源节点发送的信号。
并且本发明实施例中，所述目的节点193在接收到预定数量的信号后，采用联合解码的方式解码得到源节点发送的信号。
本发明实施例提供的协作通信的传输方法、中继节点及传输***，本发明实施例中协作通信的传输方法在当前时隙需要同时接收到源节点及其他中继节点的信号，然后将接收到的信号进行解码并重新编码或者映射并分离，并将重新编码信号或分离后的映射信号进行转发。
在进行映射时，需要将混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号，也就是说混叠信号中任何一个与源节点发送的信号相关的信号项，都需要映射到网络编码信号中，并分离掉已译码信息然后进行转发，采用这种传输方案时，可以提高协作通信***中译码性能。
实施例4：
本发明实施例还提供一种协作通信的传输方法，如图20所示，所述方法包括：
2001、在***传输过程开始之前，获取源节点S与目的节点D之间的等效信道质量eSNR、源节点S与中继节点R之间的第一信道质量以及中继节点之间的第二信道质量。
具体实现时，本过程具体方案为：在***传输过程开始之前，源节点和中继节点分别占用不同时隙发送训练序列。通过训练序列，中继节点可以得到自己与源节点以及与另一个中继节点之间的信道质量信息，相当于获取了源节点与中继节点之间的信道质量以及中继节点之间的信道质量。同时目的节点也可以得到与源节点以及与中继节点之间的信道质量信息，并目的节点将得到的信道质量信息反馈给中继节点，中继节点即可得到源节点与目的节点之间的等效信道质量eSNR。
2002、计算所述第一信道质量与第二信道质量之间的信道质量差；将源节点S与中继节点R之间信道质量用SNRSR表示，中继节点之间信道质量用SNRRR表示，具体的信道质量差ΔSNR＝SNRRR-SNRSR。
2003、判断所述等效信道质量eSNR是否小于第一预定门限，如果eSNR小于第一预定门限，则执行2005；如果eSNR不小于第一预定门限，则执行2004。
2004、判断所述信道质量差ΔSNR是否大于第二预定门限；如果ΔSNR大于第二预定门限，则执行2005；如果ΔSNR不大于第二预定门限，则执行2006。
2005、按照实施例2中提供的供协作通信的传输方法进行协作通信。
2006、按照实施例3中提供的供协作通信的传输方法进行协作通信。
本发明实施例中采用的第一预定门限和第二预定门限与***中各个节点间的传输信道环境和传输时隙长有关。
本发明实施例是结合实施例2和实施例3的综合运用，在实际的传输***中，中继可以根据S-R和R-R之间的信道质量差异以及目的端接收的有效SNR选择不同的中继方案，以达到较好的***传输性能。具体方案为：在***传输过程开始之前，源和中继分别占用不同时隙发送训练序列。通过训练序列，中继可以得到自己与源节点，与另一个中继节点之间的信道质量信息。同时目的节点也可以得到与源节点，与中继节点之间的信道质量信息，并将这一信息反馈给中继节点。中继根据S-R和R-R之间的信道质量差ΔSNR＝SNRRR-SNRSR以及目的节点的接收等效SNR(eSNR)，决定使用网络编码还是叠加编码的中继策略
在中继转发时采用叠加编码的方案相对于传统方法可以提供一定的分集增益。在源节点到中继节点和中继节点之间的信道质量差异不大时，中继采用网络编码的方法可以避免高SNR下解码差错过大的问题。中继根据源节点到中继节点和中继节点之间的信道质量差异和***的传输SNR选择相应的传输方案，有效地降低了***的差错率。下面通过仿真来说明本发明技术方案带来的增益。图21是仿真***的模型图，其中S表示源节点，R1和R2表示中继节点，D表示目的节点，在图21中考虑***经历瑞利衰落信道的情况下，固定各个节点之间的距离为：S-R，R-D距150m；R-R距离和S-D距离满足：
l SD = 2 l SR 2 - ( l RR / 2 ) 2
如图21所示。任一信道的衰落参数h可以表示为：
y = hx + n = h r l - α P x + n
其中l-α代表节点距离为l时的路径损耗，α是2到4的参数，这里取4。P为节点的发送功率，在仿真中归一化为1。hr为归一化的瑞利衰落参数。没有采用信道编码。假设源传输包数为11个，在源节点停止发送数据后，两个中继还要各转发一次。在本仿真中，我们根据***接收等效SNR(eSNR)来比较***的BER(测试误码比)性能。
设接收矩阵为H，H中的非零元素hij说明了接收端在第i个时隙接收到了有效的源信息Sj信号分量，接收这部分信号的等效SNR为hij·SNR。设H中非零元素集合为CH，则***的等效SNR可以表示为：
eSNR = Σ h ij ∈ C H h ij | C H | SNR ; 其中，接收 SNR = | h r | 2 l SD - α P N 0 ≈ l SD - 4 N 0 .
图22中当中继之间R-R信道质量较好(R-R相距10m)时(和S-R信道质量(S-R相距150m)差较大)，此时中继可以正确分离接收的叠加信号。叠加编码中继的方法有最好的性能。
图23中当中继之间信道质量较差时(和S-R信道质量相差不大时)，在低接收信噪比下(约小于20dB)，叠加编码中继方法有最好的性能；重复编码和叠加编码中继的方法在高接收信噪比下会出现解码错误平台，而此时网络编码中继的方法依然有较好的性能。
图24中接收SNR为25dB时，当R-R(中继与中继之间)距离较近时(约小于35m)，叠加编码方案性能较好，R-R距离远时采用网络编码方案更好。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种协作通信的传输方法，其特征在于，包括：
接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；
从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号；
对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，得到叠加编码后的信号；
将所述叠加编码后的信号在下一时隙进行转发。
2.根据权利要求1所述的协作通信的传输方法，其特征在于，所述从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号包括：
从所述混叠信号中消去先前已解码得到源节点发送的信号；
将源节点在当前时隙发送的信号作为噪声，通过干扰消除方法从已消去先前已解码信号的混叠信号中解码得到所述源节点在前一时隙发送的信号；
从已消去先前已解码信号的混叠信号中消去所述源节点在前一时隙发送的信号得到所述源节点在当前时隙发送的信号。
3.一种中继节点，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；
解码单元，用于从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号；
编码单元，用于对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，得到叠加编码后的信号；
转发单元，用于将所述叠加编码后的信号在下一时隙进行转发。
4.根据权利要求3所述的中继节点，其特征在于，所述解码单元包括：
第一消去模块，用于从所述混叠信号中消去先前已解码得到源节点发送的信号；
解码模块，用于将源节点在当前时隙发送的信号作为噪声，通过干扰消除方法从已消去先前已解码信号的混叠信号中解码得到所述源节点在前一时隙发送的信号；
第二消去模块，用于从已消去先前已解码信号的混叠信号中消去所述源节点在前一时隙发送的信号得到所述源节点在当前时隙发送的信号。
5.一种协作通信的传输***，其特征在于，包括：
源节点，用于在当前时隙发送信号；
至少两个中继节点，用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；还用于从所述混叠信号中解码得到所述源节点在当前时隙发送的信号以及源节点在至少前一时隙发送的信号，对所述源节点在当前时隙以及前一时隙发送的信号进行叠加编码，得到叠加编码后的信号；将所述叠加编码后的信号在下一时隙进行转发；
目的节点，用于接收中继节点转发的叠加编码后的信号，并对接收到的信号进行解码得到源节点发送的信号。
6.根据权利要求5所述的协作通信的传输***，其特征在于，所述目的节点还用于接收源节点在当前时隙发送的信号，并对源节点在当前时隙发送的信号和所述叠加编码后的信号组成的混叠信号进行解码得到源节点发送的信号。
7.根据权利要求5所述的协作通信的传输***，其特征在于，所述中继节点用于从所述混叠信号中消去先前已解码得到源节点发送的信号；将源节点在当前时隙发送的信号作为噪声，通过干扰消除方法从已消去先前已解码信号的混叠信号中解码得到所述源节点在前一时隙发送的信号；并从已消去先前已解码信号的混叠信号中消去所述源节点在前一时隙发送的信号得到所述源节点在当前时隙发送的信号。
8.一种协作通信的传输方法，其特征在于，包括：
接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；
将所述混叠信号映射成源节点发送的信号的网络编码信号；
从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息；
在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号。
9.一种中继节点，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其他中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其他中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；
映射单元，用于将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号；
分离单元，用于从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息；
转发单元，用于在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号。
10.一种协作通信的传输***，其特征在于，包括：
源节点，用于在当前时隙发送信号；
至少两个中继节点，用于接收源节点在当前时隙发送的信号和其它中继节点转发的网络编码信号组成的混叠信号，所述其它中继节点转发的网络编码信号包含源节点在至少前一时隙发送的信号；还用于将所述混叠信号映射成源节点发送信号的网络编码信号，从所述映射出的网络编码信号中分离已译码信息，并在下一时隙转发分离掉已译码信息的网络编码信号；
目的节点，用于接收中继节点转发的网络编码信号，并对接收到的网络编码信号进行解码得到源节点发送的信号。
11.根据权利要求10所述的协作通信的传输***，其特征在于，所述目的节点还用于接收源节点在当前时隙发送的信号，并对源节点在当前时隙发送的信号和中继节点转发信号组成的混叠信号进行解码得到源节点发送的信号。
12.根据权利要求10所述的协作通信的传输***，其特征在于，所述目的节点在接收到预定数量的信号后，采用联合解码的方式解码得到源节点发送的信号。
13.一种协作通信的传输方法，其特征在于，包括：
获取源节点与目的节点之间的等效信道质量、源节点与中继节点之间的第一信道质量以及中继节点之间的第二信道质量；
计算所述第一信道质量与所述第二信道质量之间的信道质量差；
在所述等效信道质量小于第一预定门限时，按照权利要求1或2中所述协作通信的传输方法进行协作通信；
在在所述等效信道质量不小于第一预定门限时，判断所述信道质量差是否大于第二预定门限；
在所述信道质量差大于第二预定门限时，按照权利要求1或2中所述协作通信的传输方法进行协作通信；
在所述信道质量差不大于第二预定门限时，按照权利要求8所述协作通信的传输方法进行协作通信。
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