[发明专利]基于双层网络编码的高能效协作中继网络传输方法

说明书

本发明提出基于双层网络编码的高能效协作中继网络传输方法，该方法中，中继节点分别获取来自两个源用户群的用户信息进行两两异或运算，再进行MDNC网络编码从而实现双层网络编码；双层网络编码包括底层的GF(2)编码和上层的MDNC网络编码；各个目标终端节点收到中继群发来的信号后，执行双层网络译码恢复用户信息：包括底层的MDNC网络译码和上层的GF(2)译码。与单用户对间的双向中继方案和最大分集增益方案相比，本发明可以显著提高系统能效。

技术领域

本发明涉及协作中继网络通信领域，尤其是一种基于双层网络编码的高能效协作中继网络传输方法。

背景技术

面对全球能源危机和气候变化的问题，信息与通信技术领域亟需努力提升效益的同时，实施“绿色通信”行动。这就要求通信方案提高单位功率所能支持的系统吞吐量，以协助更多、更持续的数据传输，即实现高能效传输。目前，在ITU标准ITU-TL.1330-2015中，能效已经成为衡量未来通信网络性能的核心指标。在实际通信网络设计中，能效已然成为十分重要的设计指标。

相关研究成果表明：在协作中继网络中使用网络编码可以有效提高系统能效。双向中继是一种典型的GF(2)上的网络编码。该编码方式下，一对用户节点通过一个或者多个中继将两用户信息异或编码从而实现信息互换。随后，学者们提出随机线性和模拟网络编码方案。这些利用传统网络编码进行协作通信的方案，能够在一定程度上提高系统的性能。但上述编码方案有其缺点：编码系数的设计不够科学，使得在多用户协作环境中，编码后的数据包之间的线性无关性不够，很有可能导致接收方构造的解码方程组的可解性不高，系统分集增益不够高，网络编码的优势无法得到充分的发挥。

在网络编码设计中，有必要拓展网络编码系数的选择范围，优化用户的编码向量，从而提高解码方程组的可解性并实现更高的分集增益和能效。文献[1]中，为了实现一组协作用户的全分集阶数，Xiao等人提出最大分集网络编码(MDNC：Maximum DiversityNetwork Coding)的方案。该方案是一种高阶域编码方案，允许节点将多个源用户的信息整合成一个码字。在具体的整合运算中，节点依据满秩网络编码矩阵，对源信息在有界域进行加乘运算。但上述编码方案也有其缺点和不足：它仅支持多个源节定向地向单一目标节点传输信息，无法满足多组用户同时向不同目标节点群传输信息的需求，即多用户-多播的通信场景需求。

文献1：M.Xiao，J.Kliewer and M.Skoglund，“Design of Network Codes forMultiple-User Multiple-Relay Wireless Networks，”IEEE Trans.Commun.，vol.60，no.12，pp.3755-3766，Dec.2012.

发明内容

发明目的：为克服现有技术的不足，本专利提出一种基于双层网络编码的高能效协作中继网络传输方法，可以实现多用户-多播的双层网络编码方案。相较于已有网络编码技术，该方案将显著提升系统能效。

技术方案：为实现上述技术效果，本发明提出以下技术方案：

基于双层网络编码的高能效协作中继网络传输方法，所述协作中继网络包括：源用户群U、U′，目标终端群D、D′，以及协作中继群R；其中，U＝{U₁，U₂，…U_M}，U′＝{U′₁，U′₂，…，U′_M}，R＝{R₁，R₂，…，R_J}，M为源用户群U、U′中源用户节点的个数，Q₁、Q₂分别为目标终端群D、D′中的终端节点个数，J为中继节点的个数，J≥M；源用户群U仅能与目标终端群D直接通信，源用户群U′仅能与目标终端群D′直接通信，源用户群U与目标终端群D′之间以及源用户群U′与目标终端群D之间通过协作中继群R交互数据，协作传输数据的过程包括步骤：