[发明专利]一种多进制网络Turbo码的编码方法及编码系统

说明书

技术领域

本发明涉及通讯领域的一种编码方法及编码系统。

背景技术

随着网络和移动通信的飞速发展，现有的第二代移动通信系统已不能满足移动电话用户增长速度的需求；而仅有的语音业务也不能满足人们交流信息的需求，人们希望随时随地可以获取除语音之外的数据、视频以及图像等多媒体业务，但是由于受到多径传播环境等诸多因素限制，在无线环境下实现高速数据传输困难重重。因此，如何克服多径衰落的影响，提高无线通信系统的信道容量，实现高速、可靠的信息传输就成了一个十分重要的研究方向。

MIMO技术是现代数字通信技术中最显著的技术突破，它能够有效解决未来宽带无线通信业务容量的瓶颈问题。图1给出了有n_T根发送天线，n_R根接收天线的MIMO系统模型，如图所示，MIMO技术可将无线信道中散射路径等效为多个相互独立的并行传输信道，用于传输信息，可提高信息速率和通信质量。若接收端可准确估计信道信息，并保证不同发射-接收天线对之间的信道衰落系数相互独立，则在平坦衰落信道下，一个拥有n_T根发射天线和n_R根接收天线的MIMO系统的信道容量将随min{n_T，n_R}线性增加。因此，信噪比、发射功率和信道带宽都相同时，多天线系统可提供的信道容量是单天线系统的min{n_T，n_R}倍。

多天线信道容量理论无疑给解决高速无线通信问题开辟了一条新思路。但是很显然，MIMO系统提升信道容量需要增加发射和接收端的天线数。但实际中往往由于成本等其它原因，无线通信网络中的用户基本为单天线用户。而且如图1所示，多天线系统和传统的单天线系统的最大区别不仅仅在于要求增加收发端的天线数，而且还必须要求设计出适当的空时编码使系统性能优化。因此，MIMO技术在实际应用中受到了一定的限制。

网络编码思想突破了传统数据传输的固定模式，在中继节点实现对多条输入链路上收到的数据信息进行一定的线性或非线性处理(编码)，能够有效提高网络的吞吐量。与传统的路由传输方式相比，网络编码可以提高网络的信息传输速率，增加网络的信息流量；而且网络编码可充分利用网络上的信道，使数据传输普适化。对于无线通信网络，采用网络编码不仅可以提高信息传输率，节约传输所需能量，而且可以使节点之间在所需能量方面进行折中。

但网络编码目前的研究成果仅仅在于以下几个方面：

1)简单异或(XOR)运算

中继节点通过对接收到的数据进行异或运算，进行信息合并，实现中继节点的数据压缩

2)基于软信息合并的无线网络编码技术

针对两个源节点、一个中继节点和一个目的节点的无线通信网络结构，提出的一种基于软信息合并的网络编码的设计方案，该方法可以降低中继节点的实现复杂度，但性能和容量上有所下降。

3)网络和信道联合编码

目前，网络编码和信道编码的联合设计还仅停留在原始模型的基础上，很多问题还有待于进一步深入研究。

4)网络低密度生成码(LDGM)

网络中存在多个中继节点时，将LDPC码的图模型结构与节点的网络编码结构对等考虑，设计一类网络LDGM码，可有效提高系统的分集增益。

5)复数域上的网络编码

随着网络中信源数量的增加，传统的网络编码应用于无线通信网络时，采用协作方式只能获得1/(N+1)sym/S/TS(符号没信源没时隙)的吞吐量。为解决上述问题，提出了复数域网络编码(CFNC)的思想，每个源节点将发送数据与复数域上的加权因子相乘，中继节点通过多用户检测算法恢复各源节点的数据。与传统的伽罗瓦域网络编码相比，作用于物理层上符号操作的CFNC可获得1/2sym/S的吞吐量，同时还可获得满分集增益，更适合无线领域。

6)基于网络编码的中继协作分集技术

网络编码在无线通信网络中的另一个研究方向是协作通信，即在一个多用户环境中，单天线的移动用户通过共享自己的天线，形成一个虚拟的多天线发射机(一个虚拟的MIMO系统)，从而获得传输分集(transmit diversity)。

因此，现有技术就如何将MIMO技术与网络编码有效结合，解决在多径衰落信道中数据的高速、可靠传输问题，尚未有成熟的方案。

发明内容