基于网络编码的双向中继多用户复杂配对的传输方法

摘要

一种基于网络编码的双向中继多用户复杂配对的传输方法，中继为两侧的每对通信用户分配相同的扩频码，并对接收的信息进行网络编码，减少双方通信的时隙，增加系统吞吐量；同时，中继对接收信息进行网络编码，为通信过程抑制干扰创造了条件，从而减小了因扩频码互相关性不理想而产生的多用户干扰。该方法的通信过程只需两个时隙分别用于上下行链路。本发明方法解决了传统CDMA系统的多个缺陷：在复杂配对关系中，发送端要多次扩频才能完成配对通信；系统在用户数较多时，产生严重的多用户干扰；以及网络吞吐量不高。本发明利用网络编码，在解扩时得到叠加的信息比特，从而为抑制干扰提供了基础，解决了因复杂配对而引入的传统CDMA无法抑制的多用户干扰。

主权项

1.一种基于网络编码的双向中继多用户复杂配对的传输方法，用于双向单中继、且该中继两侧有多对用户通信的场景；其特征在于：中继为两侧的每对通信用户分配相同的扩频码，并对接收到的信息进行网络编码，以减少双方通信的时隙，增加系统的吞吐量；同时，中继对接收信息进行网络编码，也为通信过程中实现干扰抑制创造了条件，从而减小了因扩频码互相关性不理想而产生的多用户干扰；所述方法的通信过程只需要两个时隙：第1时隙用于上行链路：中继为有通信请求的用户做出响应并执行初始化操作后，其两侧用户同时向中继传输信息；中继接收到两侧用户的叠加信息，先对该叠加信息执行干扰抑制操作，再通过相应判决实现网络编码，得到两侧用户的网络编码信息；第2时隙用于下行链路：中继将第1时隙完成干扰抑制操作后的网络编码信息，同时发送给两侧通信用户；用户接收到信息后，对其执行干扰抑制操作，并根据完成干扰抑制操作后的信息，通过网络解码，解析出对方发送的信息；所述方法包括下列操作步骤：（1）中继为其通信用户执行初始化：中继建立复杂配对关系矩阵和执行初始化操作，再为有通信请求的两侧用户对予以响应：分析该通信请求并建立复杂配对关系扩频码分配矩阵，以供两侧配对用户开始通信；（2）中继两侧的用户同时向中继发送信息：中继一侧某个用户L_i将与其通信的另一侧所有用户所对应的扩频码直接相加，即该用户L_i在复杂配对关系扩频码分配矩阵中所对应行的所有非零元素相加，用该扩频码之和对信息比特进行扩频、调制后发送；同理，中继另一侧某个用户R_j将与其通信的一侧所有用户对应的扩频码直接相加，即该用户R_j在复杂配对关系扩频码分配矩阵中所对应列的所有非零元素相加，再用该扩频码之和对信息比特进行扩频、调制后发送；（3）中继对其接收到的信息进行解调，再用相应的扩频码对解调后的信息解扩后，得到其两侧配对用户发送信息的叠加信息；（4）中继逐一地对解扩后得到的每对用户的叠加信息执行干扰抑制操作；（5）设定判决门限$I^{\mathrm{th}}=\max \left(\right|\sqrt{{\alpha }_a{p}_a}{l}_a|,|\sqrt{{\alpha }_a{q}_b}{r}_b\left|\right),$其中分别为中继接收到的两侧用户的瞬时信号幅度，p_a和q_b分别为任选的目标配对用户a、b的发射功率；l_a和r_b分别为目标配对用户a、b发送的信息比特；α_a和α_b为用户a、b所对应的信道衰落系数，则目标配对用户a、b所对应的判决准则为：$d_{\mathrm{ab}}=\left\{\begin{array}{c}-1,m_{\mathrm{ab}}<-I^{\mathrm{th}}\\ 1,-I^{\mathrm{th}}<m_{\mathrm{ab}}<I^{\mathrm{th}}\\ -1,m_{\mathrm{ab}}>I^{\mathrm{th}}\end{array}\right.;$式中，d_ab为选定的目标配对用户ab所对应的判决量，m_ab为该目标配对用户a、b所发送信息在中继处的叠加，I^th为其判决门限；d_ab=1时，表示中继两侧传输的比特符号相反；d_ab=-1时，表示中继两侧传输的比特符号相同；（6）中继执行判决并得到判决结果，该过程相当于对两侧配对用户的叠加信息进行异或操作，即模二叠加运算的网络编码，然后，通过相应的扩频码将网络编码后的信息扩频，并广播发送出去；该扩频过程为：$t_{\mathrm{down}}=1\times \sqrt{p}\underset{d_{\mathrm{ij}}=1}{\Sigma }{c}_{\mathrm{ij}}+(-1)\times \sqrt{p}\underset{d_{\mathrm{ij}}=-1}{\Sigma }{c}_{\mathrm{ij}};$式中，t_down为中继同时向其两侧用户广播发送的信息，为中继发送的信号功率，d_ij为中继一侧第i个用户和另一侧第j个用户通信时在中继处叠加信息的判决量，c_ij为中继一侧第i个用户和另一侧第j个用户通信时使用的扩频码，因中继广播发送的信息比特只有两种：+1和-1，故此处分别将所有判决量为+1的扩频码相加后，对+1扩频，再将所有判决量为-1的扩频码相加后，对-1扩频；（7）用户端接收信息并用相应的扩频码解扩，得到中继发送的经过网络编码后的叠加信息：$u_{\mathrm{ab}}=\frac{t_{\mathrm{down}}{c}_{\mathrm{ab}}^T}{L_c}=\pm \sqrt{{\alpha }_{a}p}+{\inf }_{\mathrm{ab}}+n_0,$式中，u_ab为目标配对用户a、b，即中继一侧第a个用户接收到的与其通信的另一侧第b个用户解扩后的信息，α_a为信道衰落系数；该叠加信息包含的干扰为：${\inf }_{\mathrm{ab}}=\frac{c_{\mathrm{ab}}^T(1\times \sqrt{{\alpha }_{a}p}\underset{d_{\mathrm{ij}}=1}{\Sigma }{c}_{\mathrm{ij}}+(-1)\times \sqrt{{\alpha }_{a}p}\underset{d_{\mathrm{ij}}=-1}{\Sigma }{c}_{\mathrm{ij}})}{L_c}(c_{\mathrm{ij}}\ne c_{\mathrm{ab}}),$式中，d_ij为解扩后得到的中继发送的信息，+1是从中继传送到用户端的信息比特，c_ij≠c_ab表示c_ij是除去目标配对通信用户c_ab以外的其余配对用户所对应的扩频码；（8）用户端执行干扰抑制操作：具体方法与中继执行的干扰抑制方法相同，首先，得到干扰模型的表达式${\inf }_{\mathrm{ab}}=\frac{1\times \sqrt{{\alpha }_{a}p}\underset{d_{\mathrm{ij}}=1}{\Sigma }{c}_{\mathrm{ab}}^T{c}_{\mathrm{ij}}+(-1)\times \sqrt{{\alpha }_{a}p}\underset{d_{\mathrm{ij}}=-1}{\Sigma }{c}_{\mathrm{ab}}^T{c}_{\mathrm{ij}}}{L_c}(c_{\mathrm{ij}}\ne c_{\mathrm{ab}});$然后，用户端在解扩出的接收信息中减去该干扰，即完成了干扰抑制；（9）判决干扰抑制后的信息：因中继发出的信息均为±1，所以判决过程为：首先，求解判决量$f_{\mathrm{ab}}=\left\{\begin{array}{c}1,u_{\mathrm{ab}}>0\\ -1,u_{\mathrm{ab}}<0\end{array}.\right.$其中，u_ab为干扰抑制后的信息；然后，根据用户本地信息进行网络解码，即对网络编码后的信息进行解码；因为中继的网络编码为异或操作，即模二相加，所以网络解码过程中的判决量为$r_{\mathrm{ab}}=\left\{\begin{array}{c}-l_a,f_{\mathrm{ab}}=1\\ l_a,f_{\mathrm{ab}}=-1\end{array},\right.$式中，r_ab为网络解码结果，l_a为本地发送信息。