轉發數據碼方法、接收數據碼方法、協作節點和基站的製作方法
2023-05-10 03:10:36
專利名稱：轉發數據碼方法、接收數據碼方法、協作節點和基站的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，具體而言，涉及轉發數據碼方法、接收數據碼方法、協作節點和基站。
背景技術：
級聯碼是一種強有力的信道編碼方式，其將外碼和內碼結合使用，以進一步提高傳輸性能，經常被應用於傳統的點到點通信。在傳統的點到點通信中，級聯碼的外碼和內碼都在一個點完成編碼。而在多點協作網絡中，由於多個點天然分布在不同位置，級聯碼的外碼和內碼就不能在一個點完成編碼，多個點之間存在著自然差異，包括信道條件的差異(衰落的獨立性、鏈路損耗的差異)、能量約束的差異(某些節點可能是市電供電的，不存在能量約束)等，如何利用這些自然差異也成為研究熱點。對於多點協作網絡，人們提出了協作分集技術。協作分集技術即在多用戶環境下，·每個用戶在發送自己信息的同時也為自己的協作夥伴發送信息，可以使系統獲得空間分集增益。編碼協作是協作分集技術中的一種信號處理方式，編碼協作的優點在於能夠直接利用現有的信道編碼技術，但由於需要進行信道解碼，這就增加了協作用戶的編解碼的複雜度，以及相應的功率開銷。此外，通信網絡中經常存在空閒資源，信道沒有被佔滿，如何在協作網絡中充分利用這些空閒資源，來提高終端的覆蓋質量以及減少終端的功率消耗，也是協作網絡需解決的問題。
發明內容
基於此，本發明所要解決的問題是提供一種用於協作網絡中的協作節點的轉發數據碼的方法和實現該轉發數據碼方法的協作節點，以及用於協作網絡中的基站的接收數據碼的方法和實現該接收數據碼方法的基站，能夠充分利用系統中的空閒資源，降低協作網絡的編解碼難度，減少終端的功率消耗。根據本發明的一個方面，提供了一種用於協作網絡中的協作節點的轉發數據碼的方法，可以包括以下步驟在用η個時隙為k個節點發送信息時，將n-k個時隙作為冗餘時隙分配給協作節點，其中η大於k ;在每個所述冗餘時隙中，所述協作節點對所接收到的來自至少一個普通節點的至少一個第一數據碼進行解調和解碼以得到至少一個第二數據碼；所述協作節點將線性分組碼作為外碼對至少一個所述第二數據碼進行編碼，得到第三數據碼；以及所述協作節點將所述第三數據碼進行調製並發送至基站。通過這種方式，就可以充分利用系統中的空閒資源，該空閒資源即n-k個冗餘時隙，普通節點的內碼編碼可以採用任何可以使接收端知道是否譯對的編碼方式，採用簡單的線性分組碼作為協作節點的外碼編碼，從而降低了協作節點的編解碼難度，並且通過這種機制，使得普通節點的原有k份發送功率、協作節點的(n-k)份發送功率均用於傳送k個數據碼，使得數據碼的總能量提高，獲得能量增益，還可以藉此減少各終端的發射功率。在上述技術方案中，優選地，所述線性分組碼可以包括分布式的噴泉碼、漢明碼和SPC編碼中的一種。當冗餘時隙只有一個時，此時的外碼就是單比特校驗碼。在上述技術方案中，優選地，所述線性分組碼為漢明碼時，所述漢明碼的碼長為所述n，以及信息位為所述k。根據本發明的又一方面，提供了一種用於協作網絡中的基站的接收數據碼的方法，可以包括以下步驟基站對接收到的來自η個時隙的接收信號，對所述接收信號進行解調得 到解調信號，然後解碼得到η個數據碼，根據協作節點在編碼時採用的外碼檢測譯錯的數據碼的個數，根據所述譯錯的數據碼的個數和所述外碼來進行糾錯以得到正確的數據碼，所述外碼為線性分組碼。基站接收來自普通節點和協作節點發送的數據碼並對這些數據碼進行解碼，通過循環冗餘校驗碼可以知道是否譯對，檢測譯錯的數據碼的個數，根據譯錯的數據碼個數情況來進行糾碼。在上述技術方案中，優選地，當所述譯錯的數據碼的個數小於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程，按照糾刪方式對所述譯錯的數據碼進行糾碼。在上述技術方案中，優選地，當所述譯錯的數據碼的個數等於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程和所述調製信號採用的調製方式以及所述譯錯的數據碼對應的接收信號，得到所述譯錯的數據碼對應的接收信號與所述譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對所述方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。在上述技術方案中，優選地，在所述調製信號為軟信息的情況下，包括當所述譯錯的數據碼的個數等於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程以及所述譯錯的數據碼對應的接收信號，得到所述譯錯的數據碼對應的接收信號與所述譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對所述方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。由於外碼是簡單的線性分組碼，根據外碼的校驗方程，採用糾刪和最大比合併的方式對數據碼進行糾碼，可以降低基站的解碼複雜度。在沒有專設的協作節點並且有多個協作節點可用的情況下，基站可以選擇合適的協作節點，該協作節點可以有更好的位置、較強的發射功率或較大天線，從而取得鏈路預算方面的增益。根據本發明的又一方面，提供了一種協作節點，可以包括解調解碼單元，在基站為所述協作節點分配的每個時隙內，對所接收到的來自至少一個普通節點的至少一個第一數據碼進行解調和解碼以得到至少一個第二數據碼；編碼單元，將線性分組碼作為外碼對至少一個所述第二數據碼進行編碼，得到第三數據碼；以及調製發送單元，將所述第三數據碼進行調製並發送至基站。通過這種方式，就可以充分利用系統中的空閒資源，該空閒資源即n-k個時隙，普通節點的內碼編碼可以採用任何可以使接收端知道是否譯對的編碼方式，採用簡單的線性分組碼作為協作節點的外碼編碼，從而降低了協作節點的編解碼難度，並且通過這種機制，使得普通節點的原有k份發送功率、協作節點的(n-k)份發送功率均用於傳送k個數據碼，使得數據碼的總能量提高，獲得能量增益，還可以藉此減少各終端的發射功率。在上述技術方案中，優選地，所述線性分組碼包括分布式的噴泉碼、漢明碼和SPC(單比特校驗)編碼中的一種。當冗餘時隙只有一個時，此時的外碼就是單比特校驗碼。根據本發明的又一方面，提供了一種基站，可以包括時隙分配單元，用於將η個時隙分配給k個普通節點，以及將n-k個時隙分配給協作節點，其中η大於k ;解調解碼單元，對接收到的來自η個時隙的接收信號，進行解調得到解調信號，然後解碼得到η個數據碼；以及糾錯單元，根據所述協作節點在編碼時採用的外碼檢測譯錯的數據碼的個數，根據所述譯錯的數據碼的個數和所述外碼來進行糾錯以得到正確的數據碼。基站接收來自普通節點和協作節點發送的數據碼並對這些數據碼進行解碼，通過循環冗餘校驗碼可以知道是否譯對，檢測譯錯的數據碼的個數，根據譯錯的數據碼個數情況來進行糾碼。在上述技術方案中，優選地，所述糾錯單元在所述譯錯的數據碼的個數小於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程，按照糾刪方式對所述譯錯的數據碼進行糾碼。在上述技術方案中，優選地，所述糾錯單元在所述譯錯的數據碼的個數等於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程和所述調製信號採用的調製方式以及所述譯錯的數據碼對應的接收信號，得到所述譯錯的數據碼對應的接收信號與所述譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對所述方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。在上述技術方案中，優選地，所述糾錯單元在所述調製信號為軟信息的情況下，以及在所述譯錯的數據碼的個數等於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程以及所述譯錯的數據碼對應的接收信號，得到所述譯錯的數據碼對應的接收信號與所述譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對所述方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。由於外碼是簡單的線性分組碼，根據外碼的校驗方程，採用糾刪和最大比合併的方式對數據碼進行糾碼，可以降低基站的解碼複雜度。在沒有專設的協作節點並且有多個協作節點可用的情況下，基站可以選擇合適的協作節點，該協作節點可以有更好的位置、較強的發射功率或較大天線，從而取得鏈路預算方面的增益。
圖I示出了根據本發明的實施例的協作網絡系統的示意圖；圖2示出了普通情況下的TDMA系統時隙安排的示意圖；圖3示出了根據本發明的實施例的TDMA系統時隙安排的示意圖；圖4示出了根據本發明的實施例的協作節點的框圖；圖5示出了根據本發明的實施例的基站的框圖；圖6示出了根據本發明的實施例的協作節點的數據碼轉發的示意圖；圖7示出了根據本發明的實施例的基站解碼的示意圖；圖8示出了根據本發明的實施例的用於協作網絡中的協作節點的轉發數據碼的方法；圖9示出了根據本發明的實施例的用於協作網絡中的基站的接收數據碼的方法；圖10示出了根據本發明的實施例的內碼編碼的示意圖；圖11示出了根據本發明的實施例的外碼編碼的示意圖；以及圖12示出了根據本發明的實施例的仿真效果圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行進一步的詳細描述。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是，本發明還可以採用其他不同於在此描述的其他方式來實施，因此，本發明並不限於下面公開的具體實施例的限制。圖I示出了根據本發明的實施例的協作網絡系統的示意圖。圖I中的S1、S2、S3是普通節點，S4是協作節點(具有協作功能的用戶終端)，BS是基站。S1、S2、S3和S4這些鄰近的節點構成了一個簇，簇內的這些節點之間足夠靠近，使得其信道條件可以支持理想可靠的傳輸。所有節點與基站(BS)保持時間同步關係。簇內的節點總數可以有N個(N為大於等於2的整數)，不僅限於圖I中所示的節點的個數，但是至少有一個節點具有協作功能，其餘是普通節點。 協作節點(具有協作功能的用戶終端)和普通節點(普通用戶終端)的差異在於協作節點具有監聽其他普通節點發送信息的能力，協作節點和基站(BS)之間有用於支持協作式級聯碼的專用信令信道。協作節點可以是一個功能增強的移動終端(也就是說，協作節點可以是增強信令功能和監聽功能的移動終端，而該移動終端的其餘特點與普通節點完全相同)，也可以是固定的專用設備，該專用設備具有供電優勢和鏈路預算優勢(較好的位置、較大天線或定向天線、較強的發射功率等特點)。普通節點不需要知道協作節點的存在，也不需要為協作通信做任何配合，其通信方式與傳統的非協作系統中一樣。所有接收節點(協作節點以及基站)都具有理想信道估計，以支持數據解碼。協作節點還可以將自己的信道條件報告給基站。圖I中所示的協作網絡系統可以是在TDMA(Time Division Multiple Access,時分多址)系統下的協作網絡系統，例如GSM(Global System for mobile communication,全球移動通信系統)、WCDMA (Wideband Time Division Multiple Access)或者LTE (Long Time Evolution,長期演進)。當協作系統在TDMA系統下時，將在一幀中為S1、S2、S3分配3個時隙，如圖2所示，
S1、S2、S3在各自的時隙內發送各自的信號，如果系統認為有必要且有條件對這三個普通節點提供協助時，可以啟動信令過程來要求協作節點S4進行協作編碼。此處的條件是指(I)簇中存在協作節點。這一點要求每個協作節點經常向基站報告它所能監聽到的普通節點的集合。(2) TDMA系統有空餘的時隙資源可用。這一點要求系統未處於滿載狀態。當滿足上述條件時，TDMA系統將為協作節點提供額外的時隙。時隙分配的方式可以例如圖3所示，在普通節點的時隙後面為協作節點S4分配了相應的時隙(稱為協作時隙)，給協作節點S4分配的時隙個數取決於TDMA系統的時隙資源和必要性(如果SI、S2、S3的信號越差，則需要的協作時隙越多)。協作時隙不一定連續分配，唯一要求是處在被協作的時隙之後。如圖10所示，普通節點S1、S2、S3按照原有方式將各自的信息進行正常編碼，稱為內碼編碼，內碼編碼可以是任何一種具有循環冗餘校驗碼，或其他能使接收端知道是否譯對的編碼方式。普通節點在各自的時隙內將經過內碼編碼的數據碼(稱為內碼)調製後發送給基站，協作節點S4和基站監聽普通節點發送的信號，如圖11所示，協作節點S4解調監聽到的數據碼，然後對解調後的數據碼進行解碼，並按照外碼編碼進行編碼，得到外碼，在實施例中，外碼編碼採用線性分組碼的方式進行編碼，協作節點S4將外碼編碼得到的數據碼進行調製並發送至基站BS。線性分組碼的編碼方式為利用k位信息位(本實施例中為普通節點SI、S2、S3發送的3位數據碼)映射出η位的數據碼，η > k，其中，(n_k)位數據碼為校驗碼。如果校驗碼為I位，那麼說明分配給協作節點的協作時隙為I個，該校驗碼為k位信息位中某個集合(例如普通節點SI、S2發送的數據碼)的數據碼的模二加。基站接收到普通節點SI、S2、S3發送的數據碼(外碼)，以及協作節點S4發送的數據碼(外碼)。首先，基站將來自普通節點的內碼和來自協作節點的外碼分別進行解碼。當判斷出有譯錯的數據碼時，則檢測譯錯的數據碼個數。當檢測出譯錯的數據碼個數小於外碼的最小碼距時，則根據檢驗碼的校驗方程，採用糾刪方式對未成功解碼的數據碼進行糾碼。當檢測出譯錯的數據碼個數等於外碼的最小碼距時，根據外碼的校驗方程和調製信號採用的調製方式以及譯錯的數據碼對應的接收信號，得到譯錯的數據碼對應的接收信號與譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。例如，外碼的校驗方程中存在一個方程，其中包含有兩個未知數，假設Cl、C2兩個數據碼是未知數據碼，沒有被正確解碼，其對應的BPSK (二相編碼信號調製)調製信號是X1和X2，基站側得到對應的接收信號是丫工和^。假設校驗方程中的包含兩個未知數的方程為Iij1C^hj2C2+…+hjncn = O(I)其中是外碼校驗矩陣H的第j行第i列元素。由於Cl和C2之外的數據碼已知，故(I)式可整理為C^C2 = b (2)根據調製信號XjPX2採用的BPSK調製(二相編碼信號調製)和(2)式可以得到
權利要求
1.一種用於協作網絡中的協作節點的轉發數據碼的方法，其特徵在於，包括以下步驟 在用η個時隙為k個節點發送信息時，將n-k個時隙作為冗餘時隙分配給協作節點，其中η大於k ； 在每個所述冗餘時隙中，所述協作節點對所接收到的來自至少一個普通節點的至少一個第一數據碼進行解調和解碼以得到至少一個第二數據碼； 所述協作節點將線性分組碼作為外碼對至少一個所述第二數據碼進行編碼，得到第三數據碼；以及 所述協作節點將所述第三數據碼進行調製並發送至基站。
2.根據權利要求I所述的轉發數據碼的方法，其特徵在於，所述線性分組碼包括分布式的噴泉碼、漢明碼和SPC編碼中的一種。
3.根據權利要求2所述的轉發數據碼的方法，其特徵在於，所述線性分組碼為漢明碼時，所述漢明碼的碼長為所述n，以及信息位為所述k。
4.一種用於協作網絡中的基站的接收數據碼的方法，其特徵在於，包括以下步驟 基站接收到來自η個時隙的調製信號，得到接收信號，對所述接收信號進行解調並解碼，得到η個數據碼，根據協作節點在編碼時採用的外碼檢測譯錯的數據碼的個數，根據所述譯錯的數據碼的個數和所述外碼來進行糾錯以得到正確的數據碼，所述外碼為線性分組碼。
5.根據權利要求4所述的接收數據碼的方法，其特徵在於，當所述譯錯的數據碼的個數小於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程，按照糾刪方式對所述譯錯的數據碼進行糾碼。
6.根據權利要求4所述的接收數據碼的方法，其特徵在於，當所述譯錯的數據碼的個數等於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程和所述調製信號採用的調製方式以及所述譯錯的數據碼對應的接收信號，得到所述譯錯的數據碼對應的接收信號與所述譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對所述方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。
7.根據權利要求4所述的接收數據碼的方法，其特徵在於，在所述調製信號為軟信息的情況下，包括 當所述譯錯的數據碼的個數等於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程以及所述譯錯的數據碼對應的接收信號，得到所述譯錯的數據碼對應的接收信號與所述譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對所述方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。
8.一種協作節點，其特徵在於，包括 解調解碼單元，在基站為所述協作節點分配的每個時隙內，對所接收到的來自至少一個普通節點的至少一個第一數據碼進行解調和解碼以得到至少一個第二數據碼； 編碼單元，將線性分組碼作為外碼對至少一個所述第二數據碼進行編碼，得到第三數據碼；以及 調製發送單元，將所述第三數據碼進行調製並發送至基站。
9.根據權利要求8所述的協作節點，其特徵在於，所述線性分組碼包括分布式的噴泉碼、漢明碼和SPC編碼中的一種。
10.一種基站，其特徵在於，包括時隙分配單元，用於將η個時隙分配給k個普通節點，以及將n-k個時隙分配給協作節點，其中η大於k ； 解調解碼單元，對接收到的來自n個時隙的接收信號，進行解調得到解調信號，然後解碼得到η個數據碼；以及 糾錯單元，根據所述協作節點在編碼時採用的外碼檢測譯錯的數據碼的個數，根據所述譯錯的數據碼的個數和所述外碼來進行糾錯以得到正確的數據碼，所述外碼為線性分組碼。
11.根據權利要求10所述的基站，其特徵在於，所述糾錯單元在所述譯錯的數據碼的個數小於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程，按照糾刪方式對所述譯錯的數據碼進行糾碼。
12.根據權利要求10所述的基站，其特徵在於，所述糾錯單元在所述譯錯的數據碼的個數等於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程和所述調製信號採用的調製方式以及所述譯錯的數據碼對應的接收信號，得到所述譯錯的數據碼對應的接收信號與所述譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對所述方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。
13.根據權利要求10所述的基站，其特徵在於，所述糾錯單元在所述調製信號為軟信息的情況下，以及在所述譯錯的數據碼的個數等於所述外碼的最小碼距時，根據所述外碼的校驗方程以及所述譯錯的數據碼對應的接收信號，得到所述譯錯的數據碼對應的接收信號與所述譯錯的數據碼對應的調製信號之間的方程，對所述方程進行最大比合併處理，然後進行解碼。
全文摘要
本發明提供了一種用於協作網絡中的協作節點的轉發數據碼的方法，包括在用n個時隙為k個節點發送信息時，將n-k個時隙作為冗餘時隙分配給協作節點，其中n大於k；在每個冗餘時隙中，協作節點對所接收到的來自至少一個普通節點的至少一個第一數據碼進行解調和解碼以得到至少一個第二數據碼；協作節點將線性分組碼作為外碼對至少一個第二數據碼進行編碼，得到第三數據碼；以及協作節點將第三數據碼進行調製並發送至基站。本發明還提供了一種用於協作網絡中的基站的接收數據碼的方法、一種協作節點和一種基站。根據本發明的技術方案，充分利用了系統中經常存在的空閒資源，能夠降低協作網絡中的協作節點的編解碼難度，增強基站的糾碼能力。
文檔編號H04L1/00GK102957495SQ201110238838
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者張元濤, 周華, 王翔, 楊鴻文 申請人:富士通株式會社