[發明專利]一種基于網格編碼的中繼通信方法

在審

• 申請號: 201710573396.2
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107222440A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 袁曉軍;張建文;趙翔
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03;H04L1/00;H04B7/0456;H04B7/155
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 孫一峰

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種基于網格編碼的中繼通信方法。

背景技術

在過去十年間物理層網絡編碼(Physical-layer Network Coding,PNC)已經被證實能夠極大程度提高無線中繼網絡的網絡容量，其突破性的核心思想在于允許中繼節點對數據進行有效處理。物理層網絡編碼最早應用于雙向中繼網絡(Two Way Relay Channel,TWRC)中，并且在采用網格編碼(lattice coding)作為編碼方案時所達到的系統容量只比TWRC的香農容量小0.5比特。隨著多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術在傳統無線通信中的廣泛應用，MIMO-TWRC也成為科研工作者研究的重點。

隨著PNC在TWRC上的成功，更多的研究工作開始研究更一般化的中繼網絡，比如MIMO多端中繼信道(Multiway Relay Channel,MRC)，即多個多天線用戶通過中繼節點交換信息。不同的信息交換模式也會帶來不同的傳輸方案的設計。在本專利中，我們考慮全數據交換(Full Data Exchange)，即網絡中的每個用戶需要獲取其他所有用戶的數據。針對MIMO-MRC并且采用全數據交換模型的系統，現有的文獻多致力于網絡自由度(Degrees of Freedom,DoF)的分析，并且指出采用嵌套網格編碼(nested-lattice coding)技術可以在某些系統模型下在信噪比趨于無窮的情況下漸近達到系統容量。

大部分現有的MIMO-MRC的工作只考慮一個中繼節點的情況。由于所有的數據流都需要經過這個中繼節點，使得中繼節點經常成為制約系統性能進一步提高的瓶頸。因此，采用多個分布式的中繼節點成為打破瓶頸進一步提升系統性能的一個有效手段。對于MIMO多端分布式中繼信道(Multiway Distributed Relay Channel,MDRC)的研究還停留在DoF的研究方面，還缺少對于實際信噪比區域的傳輸方案設計。

發明內容

本發明的目的是針對MIMO-MDRC系統在采用全數據交換模式情況下，提出一套有效的傳輸方案。

為了達到上述目的，本發明的技術方案創新性的整合了線性預編碼技術、嵌套網格編碼、以及網格預編碼技術，能夠有效地進行信道對齊、物理層網絡編碼、和干擾消除。該方案的最大特征就在于將上述多種技術融合起來，為MIMO-MDRC在有限信噪比下提供逼近信道容量的性能。

本發明的傳輸方案包括三個部分分別是：用戶端發送策略，中繼端收發策略，以及用戶端接收策略，具體如下：

用戶端發送策略：

1.根據用戶在各個子信道上的碼率構建嵌套網格編碼。

2.將上行(即從用戶到中繼端)傳輸時間分成K-1個時隙，其中K表示系統中的總用戶數。

3.用戶根據嵌套網格編碼進行編碼，即根據網格編碼的星座點進行映射得到編碼序列{c_k,n}。

4.用戶k對自己到所有中繼節點的信道矩陣H_k進行RQ分解得到：H_k＝R_kU_k，其中R_k的對角元素記為{r_k(n,n)}。

5.用戶計算碼流間干擾{v_k,n}，并在從發送碼序列中減去碼流間干擾項，即計算{c_k,n-v_k,n}。

6.用戶從步驟5的結果中減去隨機擾動信號(dithering){d_k,n}得到{c_k,n-v_k,n-d_k,n}，并對這個信號進行取模處理使得信號的發送信號滿足功率約束。

7.用戶將步驟6中的信號除以{r_k(n,n)}。

8.用戶將步驟7中的信號乘以矩陣U_k^T得到發送信號

9.用戶1在時隙1發送信號用戶K在時隙K-1發送信號其他用戶k在時隙k-1,k兩個時隙發送信號

用戶端的發送操作如圖1所示。上行時隙劃分及時隙對用戶的分配方案如圖2所示。在用戶端操作中我們假設所有用戶知道所有信道的信道狀態信息。

中繼端收發策略：

1.從接收信號中加上擾動信號，并在網格碼星座圖上進行取模操作。

2.中繼節點進行網格碼譯碼得到不同用戶信息流的線性組合