本發(fā)明專利技術提供的技術方案用于一發(fā)多收的廣播通信系統(tǒng)中，通過將網絡編碼（ＮＣ）和星座疊加編碼（ＳＣ）兩種最新的通信技術相結合，并設計將兩者在系統(tǒng)吞吐量和延時等方面的增益同時利用，最終達到對系統(tǒng)性能的進一步優(yōu)化。而且本方案易于實現(xiàn)、應用方式也比較靈活。本發(fā)明專利技術通過在第一次傳輸和重傳中合理設計傳輸信息，將星座疊加編碼和網絡編碼技術有效地結合在一起。首先將不同優(yōu)先級的信息復用到星座疊加編碼的不同星座圖上，這樣提高了系統(tǒng)的吞吐量；然后在重傳時，根據(jù)發(fā)端記錄下的收端反饋的錯誤圖案，利用網絡編碼來設計重傳信息，最終又利用星座疊加編碼來傳輸這些編碼后的信息，從而減少了重傳次數(shù)降低了重傳時延。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術是將兩種最新的技術：網絡編碼(Network?Coding，NC)和星座疊加編碼(Superposition?Coding，SC)結合在一起然后運用到普遍的移動通信網絡中，或者是其它與移動通信網絡有類似衰落特性的通信網絡。將NC與SC結合使用可以有效減少重傳次數(shù)、提高傳輸效率，從而提高整個系統(tǒng)吞吐量和誤碼性能。本專利技術能將NC和SC在提高系統(tǒng)性能方面的優(yōu)勢都能同時體現(xiàn)出來，使它們的增益達到一種疊加的效果。
技術介紹
網絡編碼(Network?Coding，NC)作為21世紀通信領域的一項重大突破，它以能夠達到組播容量的優(yōu)勢而越來越受到關注，NC將物理層和網絡層的兩個核心概念：編碼與路由融合在一起。它允許網絡中間節(jié)點對接收到的信息比特流進行操作(編碼)、然后轉發(fā)，以使網絡達到最大流最小割容量。NC具有提高網絡吞吐量、增加頻帶利用率、節(jié)省重傳次數(shù)、增強網絡的容錯性、魯棒性和安全性等優(yōu)點。而現(xiàn)在關于NC的無線研究與應用還處于探索階段。除了研究NC在無線網絡中的具體實現(xiàn)方式外，NC與其它無線技術的結合成為NC在無線研究中的一大熱點。離散NC(Digital?NC，又稱數(shù)字NC)比較常用的實現(xiàn)方式有兩種：1.異或，在發(fā)端將多個不同的信息塊進行異或編碼后再發(fā)送出去；2.隨機線性，在發(fā)端將多個不同的信息塊根據(jù)隨機選出的系數(shù)線性合并編碼后發(fā)送出去。目前對NC與現(xiàn)有無線技術結合的研究有：與信道編碼相結合、與HARQ技術相結合(NC-HARQ)、與MAC層調度相結合、與速率控制相結合、與MIMO技術相結合等。星座疊加編碼(Superposition?Coding，SC，又稱星座重疊編碼)是超高速數(shù)據(jù)速率(UltraHigh?Data?Rate，UHDR)的一項特色技術，它與NC類似，也能有效提高系統(tǒng)性能。當收發(fā)端都是單天線時，SC能達到廣播信道容量。在使用SC時，多個用戶可以復用相同的頻率資源，但是采用不同的調制方式。信道條件較差的用戶采用較低的調制等級，將信息映射到基本星座圖(Basic)上；信道條件較好的用戶采用較高的調制等級，將信息映射到附加星座圖(Basic)上。接收端在解調時，先解調出調制等級低的用戶，并從檢測信號中減去其干擾，然后再解調出調制等級高的用戶。這樣節(jié)省了系統(tǒng)資源，從而達到更優(yōu)的系統(tǒng)性能。目前對SC的研究還處于初步階段，主要是針對SC的具體實現(xiàn)以及分析它對系統(tǒng)容量性能的影響。
技術實現(xiàn)思路
為了有效利用NC和SC這兩種技術帶來的增益，以進一步提升系統(tǒng)的吞吐量和誤碼性能，本專利技術提出一種將兩項技術相結合的方案：將SC運用到NC-HARQ技術中為了減少重傳次數(shù)，降低重傳時延，從而提高系統(tǒng)性能，本專利技術是將SC技術用到NC與HARQ相結合的NC-HARQ中，其基本原理是：首先使用SC在相同的時頻資源是發(fā)送不同優(yōu)先級的兩類信息，并在發(fā)端構造一個對錯反饋信息(ACK/NACK消息)圖案，然后根據(jù)對錯消息圖案來設計利用NC進行重傳。本專利技術適用的基本系統(tǒng)模型為：在一個一發(fā)多收的廣播系統(tǒng)中，發(fā)端S需要發(fā)送相同的一段信息給N(N>1)個收端R1，R2，...，RN，其中包括I個信息塊，每個信息塊j包括優(yōu)先級不同的兩類信息A、B，其中A類屬于基本信息，具有較高優(yōu)先級，如果傳輸錯誤則必須重傳；B類屬于附加信息，具有較低優(yōu)先級，如果傳輸錯誤可以不用重傳。這種業(yè)務模型對應于實際中的媒體流或多適應多速率業(yè)務(Adaptive?Multi-Rate?Service，AMR)。每個時隙發(fā)送一個信息塊。假設任一收端Ri每收到一個信息塊就反饋ACK/NACK消息以標識該接收信息塊的-->對錯。其具體實現(xiàn)步驟為：步驟1：發(fā)端利用SC技術進行廣播。發(fā)端S在每一時隙用SC技術向所有收端廣播一個信息塊j，將優(yōu)先級高的Aj信息映射到SC中的基本星座圖(Basic)上，而Bj映射到SC的附加星座圖(Additional)上。步驟2：收端解調信息。收端Ri在檢測到信號后，首先根據(jù)SC的解調方式分別解調出調制在基本星座圖和附加星座圖上的編碼信息；然后再利用收端已知的信息進行NC的譯碼操作，譯出編碼之前的原始信息。步驟3：收端反饋信息。Ri在收到信息j后，根據(jù)解調結果向發(fā)端S反饋ACK/NACK消息。如果Ri不能正確解調Aj基本信息，則根據(jù)SC原理其一定不能正確解調Bj附加信息，此時反饋NACK消息。如果Ri能正確解調Aj基本信息，則無論其是否能正確解調Bj附加信息，都反饋ACK消息。步驟3：收端反饋信息。Ri在收到信息j后，根據(jù)基本信息Aj和附加信息Bj的解調結果向發(fā)端S分別反饋Aj和Bj的ACK/NACK消息。如果Ri不能正確解調Aj基本信息，則根據(jù)SC原理其一定不能正確解調Bj附加信息，此時Aj和Bj都反饋NACK消息。如果Ri能正確解調Aj基本信息，則Aj反饋ACK，而根據(jù)Bj的解調結果反饋它的ACK/NACK消息。步驟4：發(fā)端構造反饋信息表。發(fā)端S并不立即重傳反饋NACK消息的數(shù)據(jù)塊，而創(chuàng)建一個描述反饋消息狀態(tài)的圖案，它是用于記錄各個收端Ri在每個時刻j反饋的Aj和Bj的ACK/NACK的狀態(tài)表。步驟5：發(fā)端根據(jù)反饋信息表利用NC設計重傳。當一段信息(I個數(shù)據(jù)塊)在第一次傳輸完成之后，發(fā)端根據(jù)記錄的反饋信息表利用NC來進行異或編碼(Exclusive?OR，XOR)設計重傳，重傳時為了節(jié)省系統(tǒng)資源仍采用SC來進行傳輸。步驟6：結束重傳。當所有信息塊的A類消息正確接收后結束重傳。在第5步中利用NC設計重傳編碼進行SC傳輸必須滿足以下準則：1.正交，每次進行異或編碼(XOR)重傳的K個信息塊必須對應到不同的終端上。即對于每個終端來說，至少有K-1個信息塊是已經正確解調了的。2.A信息優(yōu)先，首先考慮將未正確傳輸?shù)腁信息進行XOR編碼重傳，并且盡可能多地將未正確傳輸?shù)恼坏腂信息一起進行XOR編碼重傳。編碼后的XOR信息映射到基本星座圖上發(fā)送出去。3.將未正確解調的B信息進行XOR編碼重傳，編碼后的信息映射到附加星座圖上發(fā)送出去。這種SC與NC-HARQ技術結合的方案比傳統(tǒng)的SC傳輸節(jié)省了重傳次數(shù)，因為使用了NC來進行重傳；它比NC-HARQ傳輸節(jié)省了系統(tǒng)資源，因為每次傳輸都是將兩部分信息復用到相同的時頻資源塊上。所以它能在吞吐量、誤碼和延時等方面提高系統(tǒng)性能。對于媒體流或AMR業(yè)務來說，這種技術能降低延時，提高傳送信號的質量。因為它一方面減少了重傳次數(shù)，另一方面?zhèn)魉土烁嗟母郊拥腂信息。附圖說明結合以下附圖以及具體實例對專利技術所做的詳細描述將便于理解本專利技術的原理、步驟、特點和優(yōu)點，附圖中：圖1是表示本專利技術第一項技術的系統(tǒng)模型。圖2是表示本專利技術第一項技術的工作步驟。圖3是表示本專利技術步驟4的錯誤信息表和步驟5的編碼設計，是本專利技術的一個具體實施方案。圖4是表示本專利技術具體實施方案的另一個例子。-->具體實施方式為便于理解，本專利技術以常見的多適應多速率業(yè)務(Adaptive?Multi-Rate?Service，AMR)為例，來說明將星座疊加編碼(SC)應用于NC-HARQ技術中。本專利技術對于所有具有這個示例中基本特征的業(yè)務模型都普遍適用。AMR業(yè)務可以分為三種不同速率的信息：Im1，Im2和Im3其中Im1信息傳輸錯誤需要重傳，Im本文檔來自技高網...
【技術保護點】
網絡編碼（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｄｉｎｇ，ＮＣ）與星座疊加編碼（Ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｏｄｉｎｇ，ＳＣ）結合運用到移動通信系統(tǒng)中的方法。基于包括系統(tǒng)中的通信設備、可用發(fā)射功率以及通信頻段等通信資源，針對由各通信資源的不同劃分和組合而構成的通信信道，在物理層將ＳＣ技術運用到ＮＣ－ＨＡＲＱ中，使系統(tǒng)的時頻資源比單獨使ＳＣ或者ＮＣ－ＨＡＲＱ技術得到更充分的應用。在這種方案中，基于一發(fā)多收的廣播系統(tǒng)模型，根據(jù)ＳＣ和ＮＣ－ＨＡＲＱ技術的原理，設定的方案實現(xiàn)步驟為： 步驟１：發(fā)端利用ＳＣ技術進行廣播。發(fā)端Ｓ在每一時隙用ＳＣ技術向所有收端廣播一個信息塊ｊ，將優(yōu)先級高的Ａ↓［ｊ］信息映射到ＳＣ中的基本星座圖（Ｂａｓｉｃ）上，而Ｂ↓［ｊ］映射到ＳＣ的附加星座圖（Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ）上。 步驟２：收端解調信息。收端Ｒ↓［ｉ］在檢測到信號后，首先根據(jù)ＳＣ的解調方式分別解調出調制在基本星座圖和附加星座圖上的編碼信息；然后再利用收端已知的信息進行ＮＣ的譯碼操作，譯出編碼之前的原始信息。 步驟３：收端反饋信息。Ｒ↓［ｉ］在收到信息ｊ后，根據(jù)基本信息Ａ↓［ｊ］和附加信息Ｂ↓［ｊ］的解調結果向發(fā)端Ｓ分別反饋Ａ↓［ｊ］和Ｂ↓［ｊ］的ＡＣＫ／ＮＡＣＫ消息。如果Ｒ↓［ｉ］不能正確解調Ａ↓［ｊ］基本信息，則根據(jù)ＳＣ原理其一定不能正確解調Ｂ↓［ｊ］附加信息，此時Ａ↓［ｊ］和Ｂ↓［ｊ］都反饋ＮＡＣＫ消息。如果Ｒ↓［ｉ］能正確解調Ａ↓［ｊ］基本信息，則Ａ↓［ｊ］反饋ＡＣＫ，而根據(jù)Ｂ↓［ｊ］的解調結果反饋它的ＡＣＫ／ＮＡＣＫ消息。 步驟４：發(fā)端構造反饋信息表。發(fā)端Ｓ并不立即重傳反饋ＮＡＣＫ消息的數(shù)據(jù)塊，而創(chuàng)建一個描述反饋消息狀態(tài)的圖案，它是用于記錄各個收端Ｒ↓［ｉ］在每個時刻ｊ反饋的Ａ↓［ｊ］和Ｂ↓［ｊ］的ＡＣＫ／ＮＡＣＫ的狀態(tài)表。 步驟５：發(fā)端根據(jù)反饋信息表利用ＮＣ設計重傳。當一段信息（Ｉ個數(shù)據(jù)塊）在第一次傳輸完成之后，發(fā)端根據(jù)記錄的反饋信息表利用ＮＣ來進行異或編碼（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ ＯＲ，ＸＯＲ）設計重傳，重傳時為了節(jié)省系統(tǒng)資源仍采用ＳＣ來進行傳輸。 步驟６：結束重傳。當所有信息塊的Ａ類消息正確接收后結束重傳。 在第５步中利用ＮＣ設計重傳編碼進行ＳＣ傳輸必須滿足以下準則： １）正交，每次進行異或編碼（ＸＯＲ）重傳的Ｋ個信息塊必須對應到不同的終端上。即對于每個終端來說，至少有Ｋ－１個信息塊是已經正確解調了的。 ２）Ａ信息優(yōu)先，首先考慮將未正確傳輸...
【技術特征摘要】
1.網絡編碼(Network?Coding，NC)與星座疊加編碼(Superposition?Coding，SC)結合運用到移動通信系統(tǒng)中的方法。基于包括系統(tǒng)中的通信設備、可用發(fā)射功率以及通信頻段等通信資源，針對由各通信資源的不同劃分和組合而構成的通信信道，在物理層將SC技術運用到NC-HARQ中，使系統(tǒng)的時頻資源比單獨使SC或者NC-HARQ技術得到更充分的應用。在這種方案中，基于一發(fā)多收的廣播系統(tǒng)模型，根據(jù)SC和NC-HARQ技術的原理，設定的方案實現(xiàn)步驟為：步驟1：發(fā)端利用SC技術進行廣播。發(fā)端S在每一時隙用SC技術向所有收端廣播一個信息塊j，將優(yōu)先級高的Aj信息映射到SC中的基本星座圖(Basic)上，而Bj映射到SC的附加星座圖(Additional)上。步驟2：收端解調信息。收端Ri在檢測到信號后，首先根據(jù)SC的解調方式分別解調出調制在基本星座圖和附加星座圖上的編碼信息；然后再利用收端已知的信息進行NC的譯碼操作，譯出編碼之前的原始信息。步驟3：收端反饋信息。Ri在收到信息j后，根據(jù)基本信息Aj和附加信息Bj的解調結果向發(fā)端S分別反饋Aj和Bj的ACK/NACK消息。如果Ri不能正確解調Aj基本信息，則根據(jù)SC原理其一定不能正確解調Bj附加信息，此時Aj和Bj都反饋NACK消息。如果Ri能正確解調Aj基本信息，則Aj反饋ACK，而根據(jù)Bj的解調結果反饋它的ACK/NACK消息。步驟4：發(fā)端構造反饋信息表。發(fā)端S并不立即重傳反饋NACK消息的數(shù)據(jù)塊，而創(chuàng)建一個描述反饋消息狀態(tài)的圖案，它是用于記錄各個收端Ri在每個時刻j反饋的Aj和Bj的ACK/NACK的狀態(tài)表。步驟5：發(fā)端根據(jù)反饋信息表利用NC設計重傳。當一段信息(I個數(shù)據(jù)塊)在第一次傳輸完成之后，發(fā)端根據(jù)記錄的反饋信息表利用NC來進行異或編碼(Exclusive?OR，XOR)設計重傳，重傳時為了節(jié)省系統(tǒng)資源仍采用SC來進行傳輸。步驟6：結束重傳。當所有信息塊的A類消息正確接收后結束重傳。在第5步中利用NC設計重傳編碼進行SC傳輸必須滿足以下準則：...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳力，張欣，楊大成，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]
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