[发明专利]多址中继接入信道基于软比特信息的网络编码系统与方法

说明书

技术领域

本发明针对无线通信系统上行多址中继接入信道，设计了一种基于软比特信息的网络编码中继技术和在目的节点解网络编码的迭代消息传递方法。

背景技术

网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。根据图论中的最大流-最小割定理，数据的发送方和接收方通信的最大速率不能超过双方之间的最大流值(或最小割值)，如果采用传统多播路由的方法，一般不能达到该上界。R Ahlswede等人以蝴蝶网络的研究为例，指出通过网络编码，可以达到多播路由传输的最大流界，提高了信息的传输效率，从而奠定了网络编码在现代网络通信研究领域的重要地位。

无线信道的广播特性和无线网络业务流的双向性非常适合使用网络编码。目前，网络编码的研究热点已经由传统的有线网络场景下的网络编码技术转向了无线网络场景下的网络编码技术，原来在网络层处理的网络编码技术下降到物理层跟物理层信号处理算法相结合，比如，物理层网络编码、基于网络编码的协作方案设计以及实际编码协议性能评估等。相对于传统的合作方案，基于网络编码的方案在同等的频谱效率下可达到更高的分集增益。

传统中继的做法主要有两种方式，放大转发(Amplify-Forward，简记为AF)和解码转发(Decode-Forward，简记为DF)，放大转发又称之为非再生中继，解码转发又称之为再生中继。放大转发对收到的信号仅进行一定功率因子的放大就转发给目的节点，不需要解码恢复，操作简单，性能良好，但它也有噪声放大效果。解码转发需要对发端的信号进行解码恢复，由于无线信道的恶劣性和不确定性，解码后的比特信息往往具有错误，若将这些错误的比特再进行编码转发给目的节点，将导致错误传播现象，影响最后系统性能。解码转发策略在信道条件较好的情况下性能不错，但在信道条件较差的情况时，错误传播现象比较严重，性能将快速极度恶化。

由于软比特信息不但具有硬判决后的比特信息，同时还保留了比特的可靠度信息，具有比硬判决结果更多的信息量，能获得比硬判决方法更好的性能，特别适合较低信噪比的环境。利用软比特信息进行网络编码是最近出现的比较新颖的适合无线信道传输和处理的网络编码技术。基于软比特信息的网络编码技术的研究目前还集中在由2个源节点、1个中继节点和1个目的节点组成的典型多址接入中继信道场景。该类网络编码策略是为了克服传统基于硬判决类网络编码协议和方法的一个重大缺点，即中继必须正确接收来自两个源节点的信息。

针对典型多址接入中继信道场景，对基于软比特信息网络编码技术进行深入研究的基础上，本发明提出了一种分离式的网络信道编码系统方案，目的节点采用迭代信息传递算法(Message Passing Algorithm，简记为MPA)从中继通道传送的网络编码软比特信息中提取合并源节点发送的信息，仿真结果表明该方案优于传统的基于硬判决的网络编码策略，并且该方案可以很容易地推广到一般的由多个源节点、多个中继和单个目的节点组成的多址接入中继信道场景。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种多址中继接入信道基于软比特信息的网络编码系统，其特征在于，包括：

源节点传输模块，用于将数据信息进行初始化，传送给中继模块；

中继模块，用于将数据信息解码操作后，利用所接收到的数据信息的软比特信息计算网络编码后比特的对数似然比值，也就是网络编码的软比特信息，并将该软比特信息传送至收端模块；

收端模块，用于将中继模块所传输的软比特信息进行解网络编码操作。

所述的网络编码系统，其特征在于，所述中继模块还包括软中继策略模块，用于计算从源节点传输模块发送的数据信息的对数似然比值，将其中一路进行比特交织操作。

所述的网络编码系统，其特征在于，所述软中继策略模块，还用于软解调获取每软比特信息对数似然比值，所述对数似然比值L₁，L₂分别为：

其中，为软解调函数；其中和分别表示中继接收到的来自源节点1和2的信息；

对其中一路软比特信息进行交织，

L′₂＝π(L₂)

其中，π(·)为交织函数，交织长度为信道编码后包的比特数，L′₂为对另一路软比特信息交织之后的结果；