中继网络中传输数据的方法及装置

摘要

本发明涉及通信领域，公开了一种在中继网络中传输数据的方法，该方法中：中继节点分别解码从两个节点接收到的数据；当从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，所述中继节点对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码；所述中继节点向所述两个节点发送所述经网络编码后的数据。本发明还公开了一种中继节点及节点设备。通过本发明公开的中继网络中传输数据的方法以及中继节点，可以充分利用中继节点给两个节点提供的分集增益，提高网络传输性能。另外，通过本发明提供的节点设备，可以使节点设备充分利用中继节点提供的分集增益，提高网络传输性能。

权利要求

1.一种在中继网络中传输数据的方法，其特征在于，包括：中继节点分别解码从两个节点接收到的数据；

当从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，所述中继节点对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码；

所述中继节点向所述两个节点发送所述经网络编码后的数据;其中，所述中继节点对所述从两个节点接收到的数据进行网络编码具体包括：对所述解码错误的数据进行相干解调；

对所述相干解调后得到的信号和所述解码正确的数据进行网络编码；

当所述中继节点为r，所述解码错误的节点为b时，所述相干解调后得到的信号为其中，nr为所述中继节点r对从所述节点b接收到的数据进行相干解调后的噪声分量；xb为所述节点b发送的数据；hbr为所述节点b和所述中继节点r之间链路的信道参数；Pb为所述节点b的发送功率；rbr为所述中继节点r从所述节点*b接收到的数据；符号(.) 表示取共轭运算，符号Re{}表示取实部运算，符号||表示取模运算；

当所述解码正确的节点为a时，所述中继节点r向所述两个节点发送所述经网络编码后的数据为：其 中，xa表 示 所 述 节 点a发 送 的 数 据；

2

表示满足功率约束的放大因子；σ 表示所述各个节点的等效基带噪声复信号的方差； 表示所述中继节点r从所述节点b接收到的数据进行相干解调后得到的信号，Pr表示所述中继节点r的发射功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述节点a对从所述中继节点r接收到的数据rra进行相干解调，得到信号yra；

所述节点a从所述yra中去除所述节点a发送的数据xa，得到信号y1；

对所述y1进行噪声项归一化处理，得到第一路信号z1；

所述节点a对从所述节点b接收的信号y2进行相干解调，得到第二路信号z2；

所述节点a将所述第一路信号z1和所述第二路信号z2进行最大比合并，得到信号zMRC_at_a。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中， 表示相干解调之后的噪声分量；θ表示噪声项归一化因子，α1和α2分别表示进行最大比合并时对所述两路信号z1和z2的加权因子，其中，所述hra表示所述中继节点r和所述节点a之间链路的信道参数，所述hba表示所述节点b和所述节点a之间链路的信道参数。

4.一种中继节点，其特征在于，包括：

解码单元，用于分别解码从两个节点接收到的数据；

网络编码单元，用于当从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码；

发送单元，用于向所述两个节点发送所述经网络编码后的数据；

其中，所述网络编码单元进一步包括：

第一相干解调子单元，用于对所述解码错误的数据进行相干解调；

网络编码子单元，用于对所述相干解调后得到的信号和所述解码正确的数据进行网络编码；

当所述中继节点为r，所述解码错误的节点为b时，所述相干解调后得到的信号为：其中，nr表示所述中继节点r对从所述节点b接收到的数据进行相干解调后的噪声分量；xb表示所述节点b发送的数据；hbr表示所述节点b和所述中继节点r之间链路的信道参数；Pb表示所述节点b的发送功率；rbr表示所述中继节*点r从所述节点b接收到的数据；符号(.) 表示取共轭运算，符号Re{}表示取实部运算，符号||表示取模运算；

当所述解码正确的节点为a时，所述发送单元向所述两个节点发送的所述经网络编码后的数据为：其 中，xa 表 示 所 述 节 点 a发 送 的 数 据；

2

表示满足功率约束的放大因子；σ 表示各个节点的等效基带噪声复信号的方差； 表示所述中继节点r从所述节点b接收到的数据进行相干解调后得到的信号，Pr表示所述中继节点r的发射功率。

说明书

中继网络中传输数据的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及通信领域，特别涉及一种中继网络中传输数据的方法及装置。

背景技术

[0002] 网络编码(Network Coding，NC)可以显著改善中继网络的吞吐量等性能；因此，网络编码在中继网络中得到广泛应用。网络编码的原理是：允许中继节点在转发数据之前，先对数据(或信息)进行编码处理，比如异或(XOR)等。图1为一个具有3个节点的中继网络中，节点a和节点b通过中继节点r基于网络编码进行数据交换的示意图。如图1所示，在时隙1和时隙2中，数据的传输路径为：a→r，b→r；然后，中继节点r将接收到的来自节点a和节点b的数据进行网络编码，例如XOR；在时隙3中将经过XOR的数据广播给节点a和节点b。节点a和节点b分别将自己发送的数据与接收到的数据进行XOR，即可恢复出节点a和节点b发送给对方的数据。上述中继网络中，通过3个时隙就可以完成节点a与节点b之间的数据交换，提高了网络吞吐量。

[0003] 图2为网络编码在双向中继网络(Two-Way Relay Networks，TWRN)中应用的示意图。在时隙1中，节点a发送数据，中继节点r和节点b接收；在时隙2中，节点b发送数据，中继节点r和节点a接收；这样，可以通过中继节点提供的分集增益有效对抗信道衰落。如果节点a和节点b发送的数据在中继节点r处都正确解码，则中继节点r将解码得到的数据进行网络编码后，在时隙3发送给节点a和节点b。如果只有一个节点的数据正确解码，则中继节点r只转发正确解码的数据给对应的目的节点(即：节点a或节点b)。如果两个节点的数据都不能正确解码，则中继节点r不转发任何数据。

[0004] 图2所示的TWRN网络中的网络编码，没有充分利用中继节点提供的分集增益，网络传输性能有待进一步提高。

发明内容

[0005] 本发明提供一种中继网络中传输数据的方法和装置，可以充分利用中继节点提供的分集增益，提高网络性能。

[0006] 本发明的一方面提供一种中继网络中传输数据的方法，包括：

[0007] 中继节点分别解码从两个节点接收到的数据；

[0008] 当从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，所述中继节点对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码；

[0009] 所述中继节点向所述两个节点发送所述经网络编码后的数据。

[0010] 本发明的另一方面还提供一种中继节点，包括：

[0011] 解码单元，用于分别解码从两个节点接收到的数据；

[0012] 网络编码单元，用于当从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码；

[0013] 发送单元，用于向所述两个节点发送所述经网络编码后的数据。

[0014] 本发明的又一方面还提供一种节点设备，包括：

[0015] 第二相干解调单元，用于对从所述中继节点接收到的数据进行相干解调；

[0016] 去除单元，用于从所述相干解调后得到的信号中去除所述节点设备发送的数据；

[0017] 归一化处理单元，用于对所述去除处理后得到的信号进行噪声项归一化处理，得到第一路信号；

[0018] 第三相干解调单元，用于对从另一个节点设备接收到的数据进行相干解调，得到第二路信号；

[0019] 合并单元，用于对所述第一路信号和第二路信号进行最大比合并。

[0020] 通过本发明提供的中继网络中传输数据的方法和中继节点，当从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，中继节点对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码并转发给两个节点。这样，可以充分利用中继节点给两个节点提供的分集增益，提高网络传输性能。另外，通过本发明提供的节点设备，可以使节点设备充分利用中继节点提供的分集增益，提高网络传输性能。

附图说明

[0021] 图1为现有技术中具有3个节点的中继网络中，基于网络编码进行数据交换的示意图；

[0022] 图2为现有技术中网络编码在双向中继网络(Two-Way Relay Networks，TWRN)中应用的示意图；

[0023] 图3为本发明一个实施例提供的中继网络中传输数据的方法流程示意图；

[0024] 图4为本发明另一个实施例提供的中继网络中传输数据的方法流程示意图；

[0025] 图5为相同编码速率下采用本发明实施例提供的传输数据的方法与现有技术的传输数据的方法的仿真比较结果；

[0026] 图6为不同编码速率下采用本发明实施例提供的传输数据的方法与现有技术的传输数据的方法的仿真比较结果；

[0027] 图7为本发明又一个实施例提供的中继节点的结构示意图；

[0028] 图8为本发明又一个实施例提供的图7中网络编码单元的一个结构示意图；

[0029] 图9为本发明又一个实施例提供的节点设备的结构示意图。

具体实施方式

[0030] 图3为本发明一个实施例提供的中继网络中传输数据的方法流程示意图。如图3所示，该方法可以包括：

[0031] 步骤310，中继节点分别解码从两个节点接收到的数据。

[0032] 步骤320，当从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，所述中继节点对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码。

[0033] 步骤330，所述中继节点向所述两个节点发送所述经网络编码后的数据。

[0034] 本实施例提供的传输数据的方法中，当从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，中继节点对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码并转发给两个节点。因此，即使中继节点从一个节点接收到的数据解码错误，也可以使两个节点都获得分集增益；提高了中继网络的传输性能。

[0035] 图4本发明另一个实施例提供的中继网络中传输数据的方法流程示意图。本实施例中，以图2所示的中继网络为例，该方法包括：

[0036] 步骤410，中继节点r分别解码从节点a和节点b接收到的数据。

[0037] 节点a和节点b通过中继节点r交换数据，因此节点a和节点b互为源节点，且又互为目标节点。假设节点a和节点b要交换的数据分别是xa和xb，节点r向节点a和节点b转发的数据为xr；hij为i→j链路上的信道单位冲激响应，i，j＝a，r，b，并且i≠j；nij2
为i→j链路上的等效基带噪声项，假设其服从均值为0、方差为σ 的复高斯白噪声；节点a、中继节点r和节点b处的发送功率分别为Pa，Pr和Pb。

[0038] 在时隙1中，中继节点r和节点b接收到数据分别为：

[0039]

[0040]

[0041] 公式(1)

[0042] 在时隙2中，中继节点r和节点a接收到数据分别为：

[0043]

[0044]

[0045] 公式(2)

[0046] 在时隙3中，中继节点a和节点b接收到数据分别为：

[0047]

[0048]

[0049] 公式(3)

[0050] 假设中继节点r能正确解码从节点a接收到的数据，而不能正确解码从节点b接收到的数据。此时，中继节点r可以恢复出节点a发送的数据xa。

[0051] 步骤420，中继节点r对从节点b接收到的数据进行相干解调。

[0052] 基于上述中继节点r不能正确解码从节点b接收到的数据的假设，中继节点r对从节点b接收到的数据进行相干解调，得到的信号为：

[0053]

[0054] 公式(4)

[0055] 其中，nr表示所述中继节点r对从所述节点b接收到的数据进行相干解调后的噪声分量；xb表示所述节点b发送的数据；hbr表示所述节点b和所述中继节点r之间链路的信道参数；Pb表示所述节点b的发送功率；rbr表示所述中继节点r从所述节点b接收到的信号；符号(.)*表示取共轭运算，符号Re{}表示取实部运算，符号||表示取模运算。

[0056] 步骤430，对所述相干解调后得到的信号和所述解码正确的数据进行网络编码。

[0057] 本实施例中，对 和xa采用网络编码(例如，异或处理)得到后的数据为：

[0058] 公式(5)

[0059] 其中， 表示满足功率约束的放大因子；σ2表示各个节点的等效基带噪声复信号的方差；表示所述中继节点r从所述节点b接收到的数据进行相干解调后得到的信号。

[0060] 步骤440，中继节点r向节点a和节点b发送经网络编码后的数据。

[0061] 通过本实施例的传输数据的方法，即使中继节点r对从节点b接收到的数据解码错误，仍然对从节点a和节点b接收到的数据进行网络编码并发送给节点a和节点b。因此，节点a就可以根据从中继节点r以及节点b接收到的数据恢复节点b发送的数据xb，使节点a获得分集增益，降低节点a解码的误码率。

[0062] 进一步地，本实施例中，还可以包含以下步骤：

[0063] 步骤450，节点a对从中继节点r接收到的数据进行相干解调。

[0064] 本实施例中，中继节点r发送给节点a的数据为xr。因此，节点a从中继节点r接收的数据包为：

[0065] rra＝hraxr+nra 公式(6)

[0066] 对rra进行相干解调后，得到信号yra：

[0067] 公式(7)

[0068] 其中，n″ra表示节点a对rra相干解调之后的噪声分量；hra表示所述中继节点r和所述节点a之间链路的信道参数；rra表示所述节点a从所述中继节点r接收到的信号。

[0069] 步骤460，节点a从所述相干解调后得到的信号中去除自己发送的数据。

[0070] 因为节点a知道自己发送的数据，所以可以从信号yra中去除xa，得到的信号y1为：

[0071] y1＝xa·yra＝xa·(|hra|xr+n″ra) 公式(8)

[0072] 步骤470，节点a对信号y1进行进一步处理，得到第一路信号z1。

[0073] 比如，可以定义 进行处理后得到的第一路信号z1为：

[0074] 公式(9)

[0075] 本实施例中，对信号y1进行上述处理主要是考虑将噪声项的方差进行统一处理2
(比如，第一路信号z1和后续步骤中的第二路信号z2的噪声项的方差都统一成σ/2)，这样的处理可以使得最大比合并系数的确定比较方便。因此，本实施例中，可以将此步骤的处理称之为噪声项归一化处理，公式(9)中的θ可以称为噪声项归一化因子。

[0076] 步骤480，节点a对从节点b直接接收到的数据进行相干解调。

[0077] 本实施例中，节点a从节点b直接接收到的数据y2为：

[0078] 公式(10)

[0079] 其中，hba表示节点b和节点a之间链路的信道参数；nba表示节点a对从节点b接收到的数据进行相干解调后的噪声分量。

[0080] 因此，节点a将从节点b直接接收到的数据进行相干解调，得到第二路信号z2：

[0081] 公式(11)

[0082] 步骤490，节点a对第一路信号z1和第二路信号z2进行最大比合并。

[0083] 定义第一路信号z1的合并系数为α1，第二路信号z2的合并系数为α2，它们分别表示为进行最大比合并时对两路信号z1和z2的加权因子。其中，定义因此，对公式(9)与(11)进行最大比合并，可以得到信号zMRC_at_a：

[0084] 公式(12)

[0085] 该信号zMRC_at_a表示节点a进行解码之前的数据，即：节点a可以将信号zMRC_at_a送入解码器进行解码，以便恢复出节点b发送给节点a的数据。

[0086] 本领域技术人员可以理解，在节点b的数据处理与在节点a的处理类似，在此不再赘述。

[0087] 图5为相同编码速率下采用本发明实施例提供的中继系统中传输数据的方法与现有技术的传输数据的方法的仿真比较结果。

[0088] 图6为不同编码速率下采用本发明实施例提供的中继系统中传输数据的方法与现有技术的传输数据的方法的仿真比较结果。

[0089] 图5和图6所示的仿真均采用了约束长度为5、生成多项式为(23，35)的卷积码，编码后采用随机交织，采用BPSK(Binary Phase Shift Keying，二相移相键控)调制，每个数据块包含1200个BPSK符号。假设所有链路信道为块衰落，每个数据包覆盖4个相干时间(Coherence Time)周期，并假设每个相干周期内信道保持不变，不同的相干周期之间的信道独立。假设E{|hab|2}＝E{|hra|2}＝E{|hrb|2}，表示各个节点之间的信道的平均功率相同；并且Pa＝Pb＝Pr。

[0090] 图5中，xa和xb的长度为600，编码速率为1/2。由图5可以看出，采用本发明实施例提供的传输数据的方法比现有技术中传输数据的方法能获得更高的分集增益。另外，在误码率性能上，例如在10-4，有近2dB左右的增益。

[0091] 图6中，xa和xb的长度分别为600和900，编码速率分别为1/2和3/4。由图6可以看出，本发明实施例提供的传输数据的方法相比现有技术中传输数据的方法的误码率性能同样有改善。由图6还可以看出，节点a点的误码率在两种编码速率下都比节点b的略高。这是因为节点b到节点a的数据采用较高的速率编码，在中继节点r处不能正确解码的概率较高；因此，从节点b到节点a方向的传输更能体现出本发明实施例提供的传输数据的方法对系统性能的提高。

[0092] 图7为本发明另一个实施例提供的一种中继节点。如图7所示，中继节点70包括：

[0093] 解码单元710，用于分别解码从两个节点接收到的数据。

[0094] 本实施例中，解码单元710对从两个节点接收到的数据进行解码的过程可以参见图4所示实施例中的步骤420，在此不再赘述。

[0095] 网络编码单元720，用于当所述解码单元对从一个节点接收到的数据解码正确，从另一个节点接收到的数据解码错误时，对从所述两个节点接收到的数据进行网络编码。

[0096] 本实施例中，网络编码单元720对从两个节点接收到的数据进行网络编码的具体过程可以参见图4所示实施例中步骤420和步骤430的描述，在此不再赘述。

[0097] 发送单元730，用于向所述两个节点发送所述经网络编码后的数据。

[0098] 本实施例提供的传输数据的装置7，即使从一个节点接收到的数据解码错误，仍然对从两个节点接收到的数据进行网络编码并转发给两个节点。这样，可以使两个节点都获得分集增益；提高了中继网络的传输性能。

[0099] 进一步地，如图8所示，网络编码单元720还可以进一步包括第一相干解调子单元810以及网络编码子单元820。其中，第一相干解调子单元810用于对所述解码错误的数据进行相干解调；网络编码子单元820用于对所述相干解调后得到的信号和所述解码正确的数据进行网络编码。

[0100] 其中，第一相干解调子单元810对解码错误的数据进行相干解调的过程可以参见图4所示实施例的步骤420，网络编码子单元820进行网络编码的过程可以参见图4所示实施例的步骤430，在此不再赘述。

[0101] 图9为本发明又一个实施例提供的节点设备。该节点设备可以应用在至少包含一个中继节点，两个节点设备的中继网络中与所述另一个节点设备交换数据。如图8所示，节点设备90包括第二相干解调单元910、去除单元920、归一化处理单元930、第三相干解调单元940和合并单元950。

[0102] 第二相干解调单元910，用于对从中继节点接收的数据进行相干解调。

[0103] 去除单元920，用于从所述相干解调后得到的信号中去除节点设备90发送的数据。

[0104] 处理单元930，用于对所述经去除处理后得到的信号进行噪声项归一化处理，得到第一路信号。

[0105] 第三相干解调单元940，用于对从另一个节点设备直接接收的信号进行相干解调，得到第二路信号；

[0106] 合并单元950，用于将第一路信号和第二路信号进行最大比合并。

[0107] 其中，第二相干解调单元910对从中继节点接收的数据进行相干解调的具体过程可以参见图4所示实施例的步骤450；该去除单元920去除节点设备90发送的数据的具体过程可以参见图4所示实施例的步骤460；归一化处理单元930对所述经去除处理后得到的信号进行处理的具体过程可以参见图4所示实施例中的步骤470；第三相干解调单元940对从另一个节点直接接收的信号进行相干解调的具体过程可以参见图4所示实施例的步骤480；合并单元950将第一路信号和第二路信号进行最大比合并的具体过程可以参见图4所示实施例的步骤490；在此都不再赘述。

[0108] 节点设备90各个单元对信号或数据的处理可以应用在当中继节点从节点设备90接收到的数据解码正确，而从另一个节点接收到的数据解码错误时的场景，该场景的具体描述可以参见图4所示的实施例，在此不再赘述。通过本实施例提供的节点设备，对从中继节点和另一个节点设备接收到的数据进行处理，可以获得分集增益，降低了解码的误码率。

[0109] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的硬件的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

[0110] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。