[发明专利]新型非线性成形码的构造方法及通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信，具体地，涉及一种新型非线性成形码的构造方法及通信方法。

背景技术

新一代无线通信系统中，中继技术已被广泛融合到蜂窝网络里。该技术的主要功能是在直传链路的基础上额外增加一条中继协作信道，使得用户和基站之间能通过中继节点进行协作通信，大大提高了通信所能覆盖的范围，增强了蜂窝小区边缘用户的通信质量。传统的单向中继技术能够实现上下行数据的转发功能，扩大了覆盖范围，但浪费了系统的时隙资源，无法有效地提高系统的频谱效率。

为了解决上述矛盾，引入了网络编码技术。该项技术把编码和路由结合起来，搭建了一个新的网络架构。其基本思路是使得中继节点不再简单地转发数据信息，而是能对接收到的数据信息进行处理。利用网络编码技术，中继节点可以将多个用户发送的数据合并在一起同时传输，极大地减少了多用户传输所造成的资源开销，提高了通信系统的频谱效率。现阶段，应用网络编码技术较为典型的场景是无线双向中继网络。该传输过程主要分为两个阶段：第一阶段两个发送用户向中继节点发送数据；第二阶段中继节点运用网络编码技术对接收到的混合数据进行网络编码处理，并将处理后的数据进行广播。

运用网络编码技术的双向中继系统同样存在与点到点通信中类似的问题。理论上，根据信息论的观点当且仅当加性高斯白信道（Additive White Gaussian Noise,AWGN）的输入服从高斯分布时，信道容量可以达到最大的理论上限值，即为香农极限（Shannon Limit）。而实际中采用的编码调制得到的信道输入信息均服从均匀分布，因此实际的信道容量与香农极限之间存在性能损失，定义为成形损耗（Shaping Loss）。在点到点通信系统中已经证明，该成形损耗的大小为1.53dB。在运用网络编码的双向中继系统中，对于成形损耗虽然没有明确的理论推导出具体的大小，但通过仿真可以发现该成形损耗约为4-5dB。

现阶段，发送端应用最为广泛的发送结构是比特交织编码调制（Bit-Interleaved Coded Modulation，BICM），双向中继系统中的两个发送用户采用该结构发送数据。如图1所示以用户A为例，在发送端将比特信息x_A进行LDPC信道编码，随后进行比特交织，经过调制后发送至信道，最后在中继节点进行接收。在第二个时隙，如图2所述，中继节点通过多用户解调译码将用户A和用户B的信息比特，分别表示为x_A和x_B恢复出来后，利用网络编码技术对译码出的用户A和用户B的信息进行异或操作，得到合并后的经过信道编码器、比特交织器后调制成符号广播出去。

该双向中继技术的用户采用BICM发送结构，在中继节点运用网络编码技术（异或）对两个用户发送的数据进行处理并进行广播，但该技术没有解决成形损耗的问题，系统的信道容量与香农极限之间依旧存在较大的差距。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种新型非线性成形码，该新型非线性成形码能实现发送端输入到信道的符号服从高斯分布，从很大程度上减小成形损耗，使得信道容量逼近香农极限。

根据本发明的一个方面提供的一种新型非线性成形码的构造方法，包括如下步骤：

步骤1：构造新型非线性成形码的码本，设输入码字长度K_s，输出码字长度N_s，则该码本表示为(K_s,N_s)；

步骤2：将K_s位全0输入码字进行编码，对应输出N_s位全0输出码字；

步骤3：根据二进制加法，将K_s位全0输入码字加1得到下一个输入码字，对应输出汉明权重相应加1的N_s位输出码字，即汉明权重为1的N_s位输出码字；

步骤4：重复步骤三，直至所有汉明权重相应加1的N_s位输出码字都有与之对应的K_s位输入码字；

步骤5：循环执行步骤3至步骤4，直至汉明权重达到N_s；

步骤6：重复步骤3至步骤5，使得个K_s位输入码字都有与之对应的N_s位输出码字。

优选地，汉明权重为码字中含有比特1的数目。

根据本发明的另一个方面提供的一种使用所述的构造方法够造的新型非线性成形码的基于网络编码的双向中继通信方法，其特征在于，包括如下步骤：