[发明专利]网络编码与星座叠加编码结合用于协同中继系统中的方法

说明书

技术领域

本发明是将两种最新的无线传输技术：网络编码(Network Coding，NC)和星座叠加编码 (Superposition Coding，SC)结合在一起然后运用到协同中继通信系统(Cooperative Relay)中， 或者是其它与协同中继通信网络有类似结构特点的通信网络中。将NC与SC结合使用可以有 效利用无线资源、提高传输效率，从而提高整个系统吞吐量性能。本发明能将NC和SC在提 高系统性能方面的优势同时体现出来，使它们的增益达到一种叠加的效果。

背景技术

网络编码(Network Coding，NC)作为21世纪通信领域的一项重大突破，它以能够达到 组播容量的优势而越来越受到关注，NC将物理层和网络层的两个核心概念：编码和路由融合 在一起。它允许网络中间节点对接收到的信息比特流进行操作(编码)、然后转发，以使网络 达到最大流最小割容量。NC具有提高网络吞吐量、增加频带利用率、节省重传次数、增强网 络的容错性、鲁棒性和安全性等优点。NC多用于广播组播或协同中继系统中。而现在关于 NC的无线研究与应用还处于探索阶段。除了研究NC在无线网络中的具体实现方式外，NC 与其它无线技术的结合成为NC在无线研究中的一大热点。

在NC的无线应用中，较多使用离散NC(Digital NC，又称数字NC)，它常用的实现方 式有两种：

1.异或(Exclusive OR，XOR)，在发端将多个不同的信息块进行异或编码后再发送出去；

2.随机线性，在发端将多个不同的信息块根据随机选出的系数线性合并编码后发送出

去。

目前对NC与现有无线技术结合的研究有：与信道编码相结合、与HARQ技术相结合 (NC-HARQ)、与MAC层调度相结合、与速率控制相结合、与MIMO技术相结合等。

星座叠加编码(Superposition Coding，SC，又称星座重叠编码)是超高速数据速率(Ultra High Data Rate，UHDR)的一项特色技术，它与NC类似，也能有效提高系统性能。当收发 端都是单天线时，SC能达到广播信道容量。在使用SC时，多个用户可以复用相同的频率资 源，而采用不同的调制方式。信道条件较差的用户采用较低的调制等级，将信息映射到基本 星座图(Basic)上；信道条件较好的用户采用较高的调制等级，将信息映射到附加星座图 (Basic)上。接收端在解调时，先解调出调制等级低的用户，并从检测信号中减去其干扰， 然后再解调出调制等级高的用户。这样节省了系统资源，从而达到更优的系统性能。

目前对SC的研究还处于初步阶段，主要是针对SC的具体实现以及分析它对系统容量性 能的影响。

发明内容

为了有效利用NC和SC这两种技术带来的性能增益，以进一步提升系统的吞吐量性能， 本发明提出一种将两项技术相结合运用到协同中继通信系统中的方法。其基本原理是：当中 继节点(Relay Nodes)转发或中继它所收到的信息时，同时利用NC和SC技术将信息进行 网络编码(XOR操作)和星座叠加编码(调制映射到不同星座图上)，然后再进行广播。最 后在各个终端节点根据接收到的信息、监听(Overheard)到的信息和存储的信息进行解调译 码。

本发明适用的基本系统模型为：在一个由N个终端T₁，T₂，...，T_N和一个中继节点R组成的 协同中继系统中，假设节点之间如果相互处于对方的通信范围内，则它们之间能相互监听到 对方发出的信息，而每个节点都会将自己发送的信息和其监听到的信息存储下来用于解调。 它们最终需要实现通过中继节点互相通信，即每一个终端节点的信息都需要传送到其它所有 节点上。

本发明的具体实现步骤是：

步骤1：各终端节点发送并监听。每个终端节点T_i(i＝1，2，...，N)在向中继节点R发送自 己特有的信息I_i的同时，监听与其相邻的(或处于其通信范围内的)终端节点T_j发出的信息 I_j。此时各终端节点都已知其自己发出的信息和监听到的相邻节点发出的信息，它们各自将这 些信息存储下来用于接收解调。