传送用于半正交ms-marc系统的数字信号的方法、以及对应的程序产品和中继设备的制作方法
传送用于半正交ms-marc系统的数字信号的方法、以及对应的程序产品和中继设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种意欲用于具有N个信源(S1、S2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、RM)以及单一接收器(D)的系统的信号的半正交传送方法(1)，由此，所述中继通过相同的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过相同的频谱资源进行的同时传送相继地且不同时地进行。该方法包含通过中继执行的以下步骤：对由信源分别传送的消息(u1、u2、uN)进行迭代式联合检测/解码以获得经解码的消息的步骤2；检测在经解码的消息(u1、u2、uN)中的错误的步骤3；交织检测出没有错误的消息的步骤4，随后进行代数网络编码的步骤5，该步骤5包括将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以便得到经编码的消息，所述线性组合在系统的中继之间成对地独立；进行格式化的步骤6，包含进行信道编码以便产生代表经网络编码的消息的信号。
【专利说明】传送用于半正交MS-MARC系统的数字信号的方法、以及对应的程序产品和中继设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及电信领域。在该领域中，本发明更具体地涉及在多信源多中继(MS-MR)网络中传送编码数据。对于指定的目的地，MS-MR网络是一种包含至少四个节点的电信系统:至少两个信源和至少两个中继。本发明涉及网络编码。本发明涉及提高数据传送的质量，并且具体地涉及提高在目的地进行的纠错解码的性能。
[0002]本发明具体但非排他地应用于经由移动网络传送数据，例如用于实时应用。
【背景技术】
[0003]网络(特别是移动网络)设法在容量、可靠性、消耗等方面得到显著的改善。移动网络的传送信道以难度而闻名，其导致相对低劣的传送可靠性。在过去几年里，就编码和调制而言，特别是考虑到消耗和容量，已经取得了相当大的进展。在多个信源和目的地共享相同的资源(时间、频率以及空间)的移动网络中，需要保持尽可能低的传送功率。
[0004]低功率不利于覆盖度，因此不利于系统的容量，并且更普遍不利于其性能。
[0005]为了增加覆盖度，使通信更可靠，并且更普遍地为了提高性能，一种方法在于依靠中继增加频谱效率，从而提高传送效率以及系统的可靠性。
[0006]图1中示出MS-MR系统的基本拓扑，其中:信源(节点S1和S2)广播它们的码信息序列以便引起中继R1和民以及目的地D的注意；典型地，信源是设法在中继的帮助下到达相同的基站的用户终端。每个中继对其接收的来自信源S1至S2的信号进行解码，并且联合地对通过该解码得到的序列进行重编码，同时还添加它们自己的冗余，从而创建网络码。在目的地D，通过信道解码算法和网络解码算法对包含直接来自信源S1和S2的所接收的码序列以及来自中继R1和R2的码序列的空间分布的码序列进行解码。
[0007]网络编码是一种形式的合作，其中，网络的节点不仅共享它们自身的资源(功率、带宽等)还共享它们的计算能力以便创建功率随着信息通过节点传播时而不断增加的分布码。这得到关于分集以及编码的基本增益，从而得到关于传送可靠性的基本增益。
[0008]主要的困难在于从信源到中继的链路不会一直使所有的中继都能够基于它们接收的信号无错误地检测到来自信源的消息。例如，在从信源至中继的传送信道遭受瑞利衰落(Rayleigh fading)时以及在缺少关于信源处的信道的知识时可能会遇到该困难。在这样的环境下，由于中继对来自信源的消息进行有缺陷的解码，所以存在非零概率的断供。这样的缺陷会导致向目的地传播的错误。
[0009]另外，达到最大分集意味着，即使在与中继的数量相等的多条链路上发生断供的情况下，也一定能够恢复所有的来自信源的消息。
[0010]论文[I]提到了一种用于如图1所示的简单MS-MR系统的网络码。该MS-MR系统对应于基本拓扑。该系统局限于两个信源和两个中继。所考虑的MS-MR系统是这样的:所有信源到目的地以及中继到目的地的链路都是正交的，并且使用不同的频谱资源(亦即，在信源和中继之间使用的无线电资源在时间上或在频率上是分离的)。因为在多个用户之间细分该无线电资源，所以这种分离导致频谱效率的损耗。
[0011]两个信源S1和S2向中继RpR2以及目的地D广播编码信息。中继R1和R2从两个用户得到假设被正确地解码的流，并且使用在阶数4的有限域中定义的线性网络编码方案以线性的方式将它们组合。该网络码使得能够实现最大分集，即为3 (M+1)，因为在两个链路中发生断供的情况下，从四个码I1、12、I+I2以及11+212得到的任何一对的两个码都足以重组来自信源的消息Il和12。
[0012]在该系统中，在没有干扰时可以独自地减少解码错误，因为所考虑的MS-MR系统是纯理论性的并且假设不会遭受干扰(因为链路是完全正交的)。另外，在于利用完全正交的链路的约束将导致对频谱资源的非最优的使用，从而导致在网络容量上的限制。
[0013]MS-MR系统的中继可以是固定中继，同样也可以是移动中继。给定要在人口密集区域中进行传送的通信的密度，中继的数量可以很大并且可以远大于2。为了覆盖这样的地区，优选地，可以使用固定中继而不是基站，因为基站可能会贵得多。在替代的方式下，能够使用移动中继。典型地，这种移动中继是移动终端。这种MS-MR系统变得非常复杂，并且根据[I]的传送方法消耗大量资源，从而使该系统相对没有吸引力。
【发明内容】
[0014]本发明提供了一种在具有N个信源、M个中继以及单一接收器的系统中使用的信号的半正交传送方法，在该系统中，所述中继通过共同的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过相同的频谱资源进行的同时传送相继地且不同时地进行，对于每个中继，该方法包含:
[0015]-对由所述信源分别传送的消息进行迭代式联合检测及解码以得到经解码的消息的步骤；
[0016]-检测所述经解码的消息中的错误的步骤；
[0017]-交织检测出没有错误的消息的步骤，随后进行代数网络编码的步骤，该步骤在于将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以得到经编码的消息，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及
[0018]-进行整形的步骤，包含进行信道编码以产生表示经网络编码的消息的信号。
[0019]本发明的这种传送适于具有把来自至少两个信源的消息中继给单一目的地的至少两个中继的系统。该系统被称为是多用户多中继的。因为传送协议以两个阶段进行，所以称其为是半正交的。在第一阶段期间，信源在占据共同的频谱资源的同时，同时地进行传送。中继和目的地进行监听、检测以及解码。所传送的信号在中继和目的地这两处都产生干扰。在第二阶段期间，信源不活动，并且中继同时地传送，同时也占据相同的频谱资源。所传送的信号在目的地产生干扰。信源到中继的链路、中继到目的地的链路以及信源到目的地的链路是非正交的。术语“半正交”的使用来自避免在目的地处的在来自信源的信号与来自中继的信号之间的任何干扰的传送的两个阶段。
[0020]有利地，网络编码使得能够达到分集的最大阶数，对于具有M个中继的系统而言，其为M+1 ;根据从信源之一向目的地传送的信号可以沿着的不同路径(直接路径以及经由M个中继之中的每一个的M个路径)的数量给出该最大阶数。假设所构造的线性系统的不可逆性，则从M+1个链路中消除M个链路使目的地总能够找到信源信号，因此由中继使用的在阶数大于2的有限域中定义的线性组合的成对独立性使得能够达到等于M+1的分集的阶数。
[0021 ] 在具有两个中继的现有技术系统中，为了实施组合而在每个中继处使用的XOR功能(Θ )不能达到最大分集。当两个信源到目的地的链路遭受断供时，在目的地无法基于来自中继的消息Il Θ 12重组来自两个信源的消息Il和12。在目的地接收的来自中继的信息Il θ 12在缺少直接从信源接收的信息Il或者12的情况下，既不能重组Il也不能重组12。与根据现有技术得知的技术不同，本发明适于大于或等于2的任何数量的中继。
[0022]如果信源通过共同的频谱资源同时地进行传送，并且中继通过共同的频谱资源同时地进行传送，则本发明通过允许信号在中继处以及在目的地处相互抵触，能够使频谱效率最大化。因此，本发明不仅考虑非正交的信源到中继以及信源到目的地的链路，还考虑非正交的中继到目的地的链路。当信源和中继在它们各自的传送期间占据相同的资源时(这对应于本发明的具体实现方式)，频谱效率得以最优化。
[0023]如果中继在进行网络编码之前实施交织，则本发明还能够在目的地实施迭代式联合信道及网络解码。交织无错误地接收的每条消息将降低在未进行交织时在信源处对相同的消息实施的信道编码与在中继处对相同的消息实施的信道及网络编码之间的相关性。从而，这确保了在目的地处进行的首先使用直接来自信源的信号其次使用来自中继的信号的联合信道及网络解码比独立于网络解码实施的信道解码具有更高的性能。
[0024]假设网络编码的自适应性，则根据本发明进行的中继被用于提高信源与目的地之间的传送的可靠性，同时使从中继到目的地的错误的传播最小化。因此，这样的方法特别适于在市区环境中部署的系统，在该环境下，传送信道通常呈现具有所谓的瑞利衰落的曲线轮廓。这种衰落扰乱所传送的信号，并且引起非零概率的错误的检测(被称为“断供”概率)。有利地，如果中继接收的所有的消息都是错误的，则本发明的自适应(或者自选择)的中继方法能够使其不传送信息，甚至如果只有来自某信源的消息被检测出没有错误，则还能够使该中继代表该信源传送信息。因此，该方法适合于有噪声的信源到中继的链路。
[0025]本发明特别适于半双工中继，但是同样能够应用于全双工中继。使用半双工中继的合作系统是非常有吸引力的，因为它们的通信方案比全双工中继的通信方案更简单，易于实现并且成本更低。
[0026]本发明还提供了一种用于半正交MS-MR系统的中继。
[0027]这样，用于实现本发明的传送方法的本发明的中继包含:
[0028]-用于进行迭代式联合检测及解码以分离来自所述信源的流并且对每个流确定代表由信源传送的码字的消息的部件；
[0029]-用于检测错误以便只保留被检测出没有错误的那些消息的部件；
[0030]-用于交织被检测出没有错误的那些消息的交织部件；
[0031]—用于交织后的消息的a」=La1,j a2,j…aN,j]T的代数网络编码的部件；以及
[0032]-用于进行整形的部件，包含对来自网络编码的消息进行信道编码以产生代表经网络编码的消息的信号。
[0033]典型地，本发明的中继是半双工类型的。
[0034]在具体的实现方式中，传送方法还包含对指定被检测出没有错误的消息的表示为给信号接收器的代表信号的控制信号进行整形的步骤。
[0035]这样的消息使得能够显著地简化接收时的处理。
[0036]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:信道编码是系统类型的。
[0037]这种类型的编码使得能够非常容易地对码的系统部分进行穿孔(punch)并且使用中继只传送奇偶部分，从而使由中继向目的地进行传送的频谱效率最优化。
[0038]在具体的实现方式中，信道编码是二进制的，并且该传送方法还包含:
[0039]-在交织步骤与代数编码步骤之间的二进制到符号转换的步骤；以及
[0040]-在代数网络编码步骤之后的符号到二进制转换的步骤。
[0041]该实现方式特别适于二进制信源信道编码。
[0042]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:阶数严格地大于2的有限域是阶数为4的伽罗瓦域。
[0043]该域的阶数4对应于中继的数量M多至3个的最优化的选择。
[0044]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:检测错误的步骤通过使用与信源传送的消息相关联的循环类型的冗余信息来实施。
[0045]这种实现方式的优点是特别易于实施。适于在信源处进行系统类型编码。
[0046]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:迭代式联合检测及解码的步骤联合地实施多用户检测以及软输入和软输出解码。
[0047]这种实现方式的优点是，与随后解码而在检测与解码之间不交换先验信息的多用户检测相比提供了更好的性能。
[0048]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:迭代式联合检测及解码步骤实现空时解码。
[0049]这种实现方式特别适于信源具有多个传送天线并且实施空时编码的系统。当中继配有多个接收天线时，该系统被称为多输入或多输出(MIMO)系统，否则被称为多输入或单输出(MISO)系统。
[0050]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:进行整形的步骤包含对消息在传送之前进行调制并且在信道编码和所述调制之间进行交织。
[0051]这种实现方式通过使得能够独立地选择调制和编码，在构造调制及编码方案时提供了很大的灵活性。另外，信道交织器使得能够在目的地处以及在中继处在检测与解码之间具有迭代式方法。
[0052]在具体的实现方式中，传送方法在信源与中继之间实施分布式涡轮(turbo)编码。在信源中的编码步骤还使用卷积编码器。
[0053]例如，对于来自解码器的每个流，分布式涡轮码由在信源处编码比率为1/2的递归系统卷积码(RSCC)以及在交织器之前在中继处编码比率为2/3的RSCC组成。选择带有并行的级联(concatenat1n)的分布式涡轮码，通过具有就构造而言由系统部分和两个冗余部分(由信源确定并传送的第一冗余部分以及由中继确定并传送的第二冗余部分)级联形成的码，使得能够对于带有半双工中继的半正交MS-MR系统非常简单地实现在空间上分布的网络编码。这种级联使信源能够在第一传送间隔期间传送系统部分和第一冗余部分，并且使中继能够在第二传送间隔期间传送第二冗余部分。因此，这种级联使得易于确保中继独立于在第一传送间隔期间从信源到目的地传送的第一冗余部分地将新的冗余信息提供给对应于系统部分的信息比特。因此，目的地具有多个冗余，从而使得能够实施非常有力的解码，从而提高可靠性。
[0054]本发明还提供了一种用于实现本发明的传送方法的半正交MS-MR系统的接收器的接收方法。该接收方法以迭代的方式包含:
[0055]-第一多用户检测步骤，检测由所述各个信源同时传送的经编码的消息以得到关于由所述信源编码的各个消息的软信息；
[0056]-第二多用户检测步骤，检测分别由所述中继传送的经编码的消息以得到关于由所述中继编码的消息的软信息；
[0057]-第一步骤，并行地对分别由所述N个信源编码的N个消息进行软信道解码；以及
[0058]-第二步骤，在关于由所述中继检测出没有错误的消息的信息的控制下级联地对分别由所述M个中继编码的M个消息进行算法软网络解码；
[0059]对N个消息进行软信道解码的第一步骤使用来自所述第一检测步骤的软信息作为先验信息，以便提供关于在所述第二步骤的代数软网络解码中解码的M个消息的软信息；
[0060]对M个消息进行软网络解码的第二步骤使用来自所述第一和第二检测步骤的软信息作为先验信息，以通过向所述第二检测步骤供给关于经解码的消息的软信息来做出响应；
[0061]对N个消息进行软信道解码的第一步骤以及对M个消息进行软网络解码的第二步骤向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下。
[0062]本发明还提供了一种用于实现本发明的传送方法的用于半正交MS-MR系统的接收器。该接收器包含:
[0063]-第一检测部件，用于多用户联合检测以分离在传送的第一阶段期间分别来自所述N个信源的经编码的消息的同时流并且产生关于所述经编码的消息的软信息；
[0064]-第二检测部件，用于多用户联合检测以分离在传送的第二阶段期间分别来自所述M个中继的经编码的消息的同时流，并且产生关于分别来自所述中继的经编码的消息的软信息；
[0065]-与信源同样多的并行的软解码器，用于对分别由所述信源编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一检测部件的软信息作为先验信息，并且产生关于经解码的消息的软信息；
[0066]-与中继同样多的以级联方式运作的软代数解码器，用于对分别由所述中继编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一及第二检测部件的软信息作为先验信息，并且通过向所述第二检测部件供给关于经解码的消息的软信息来做出响应；
[0067]所述N个软信道解码器和所述M个软代数解码器向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下；
[0068]-决策制定部件，用于所述信道解码器以得到关于分别来自所述信源的消息的估计。
[0069]这种接收方法以及这种接收器的优点是适于实现本发明的传送方法的半正交MS-MR系统。
[0070]上述实现方式的每一种都可以可选地与其他实现方式中的一个或多个组合以便定义更多的实现方式。
[0071]本发明还提供了一种适于实现本发明的方法的可选的MMO半正交MS-MR系统。
[0072]这样，本发明的半正交MS-MR系统包括本发明的至少两个中继。
[0073]在优选实现方式中，传送方法和/或接收方法的步骤由合并在一个或多个其本身适于布置在半正交MS-MR系统的电子设备中的电子电路中的传送和/或接收程序的指令来确定。还可以在将程序加载到诸如处理器或其等价物这样的计算构件中时实施本发明的传送和/或接收方法，然后通过执行所述程序来控制其操作。
[0074]因此，本发明还应用于适于实施本发明的计算机程序，特别是应用于在数据介质中或上的适于实施本发明的计算机程序。该程序可以使用任何编程语言，并且可以以源代码、目标代码或者源代码与目标代码之间的中间代码的形式，诸如以部分编译的形式，或者以用于实现本发明的方法的任何其他合适的形式。
[0075]数据介质可以是能够存储该程序的任何实体或设备。作为示例，该介质可以包含诸如只读存储器(ROM)这样的存储部件，例如光盘(CD) ROM或者微电子电路R0M，或者甚至可以包含磁记录部件，例如硬盘或通用串行总线(USB)钥匙。
[0076]替代地，数据介质可以是其中并入该程序的集成电路，该电路适于执行或者被用于所讨论的方法的执行。
[0077]另外，该程序可以转换成诸如电信号或光信号这样的可传送的形式，从而可以经由电缆或光缆、通过无线电或者其他部件传播。特别地，本发明的程序可以从因特网类型的网络下载。
【专利附图】
【附图说明】
[0078]通过阅读下面的对仅作为示意性且非限制性的示例给出的优选方法的说明，并且参考附图，本发明的其他特征及优点将变得更加清晰。附图中:
[0079]图1示出在不同节点之间具有正交链路的现有技术MS-MR系统的示例；
[0080]图2是示出针对接收器D的具有N个信源Sp……、SN以及M个中继R1'……、RM的MS-MR系统的拓扑的简图；
[0081]图3a是本发明的半正交MS-MR系统的简图，其中，链路在信源与中继之间、信源与目的地之间是非正交的，该图示出传送的第一阶段；
[0082]图3b是本发明的半正交MS-MR系统的简图，其中，链路在中继与目的地之间是非正交的，该图示出传送的第二阶段；
[0083]图4是通过图3示出的半正交MS-MR系统实现的本发明的传送方法的简化的流程图；
[0084]图5是本发明的MS-MR系统的第一实施例的简图，其中，在二进制域中定义在信源处以及在中继处的空时调制及编码方案；
[0085]图6是对由信源同时传送并且由中继接收的消息进行联合检测和解码的迭代式联合检测器及解码器JDDj的简图；
[0086]图7是联合检测器MAPD-E的简图；
[0087]图8是解码器DecSi的简图；
[0088]图9是本发明的MS-MR系统的第二实施例的简图，其中，在由代数网络码定义的域中定义在信源处以及在中继处的空时调制及编码方案；
[0089]图10是本发明的目的地接收器的简图；
[0090]图11是当所有的传送都在域F4中实施时(亦即，以在图9中示出的第二实施例的方式实施，其中，信道编码是代数类型的)的SISO解码器Algj的实施例的简图；
[0091]图12是用于二进制信道码(亦即，以在图5中示出的第一实施例的方式实施)的SISO解码器Alg的实施例的简图；并且
[0092]图13至15是示出随着由中继传送的带内信息而变化的接收器的自适应结构的简图。
【具体实施方式】
[0093]在本申请中使用下面的记号。
[0094]所有的矢量都使用粗体字符。矢量v的第k个元素写作[V；jk或者vk。
[0095]Fq是q个元素的伽罗瓦域(Galois field)，I是实数域并且C是复数域。
[0096]矩阵/张量使用粗体大写字母。如果X是属于域E的NXM维的矩阵，亦即，X e Enxm，则xk表示其第k列(k = 1，…，M)。
[0097]函数使用非斜体大写字母。多维函数F应用于以mX q维的矩阵A的形式的输入，其中，每个元素ay (针对所有的i = 1，...，m以及j = 1，...，q)都属于集合E,并且其输出nXp维的矩阵B，其中，每个元素(针对所有的i = 1，...，η以及j = 1，...，ρ)都属于集合 G，从而 F(A) = B 写作:F:EmX<1 —GnXp。
[0098]具有循环对称高斯分布的均值μ ,和协方差σ〗的复数随机变量X的概率密度写作.ΧΝ、μχ，σΙ)。
[0099]本发明的传送按照具有在图2中示出的拓扑的MS-MR系统得以实现。这种拓扑是这样的:信源、节点SiQ e {I,...,N})广播它们的经编码的信息序列以便引起中继RjU e {I,...,M})以及目的地D的注意；典型地，信源是设法通过中继的帮助到达相同的基站的用户终端。每个中继对从信源S1至Sn接收到的信号进行解码并且在添加其自身的冗余的同时连带地对经解码的序列进行重新编码以便创建网络码。在目的地D处，通过信道解码算法以及网络解码算法对包含直接从N个信源接收的码序列以及来自M个中继的码序列的空间分布的码序列进行解码。
[0100]本发明使用如图3a和3b所示的具有新的半正交传送协议的中继以提高传送的频谱效率，同时使得能够在目的地进行简单有效的解码。图3a示出传送的第一阶段，在此期间，只有信源同时地向中继和目的地进行传送。在该阶段期间，中继是不活动的。图3b示出传送的第二阶段，在此期间，信源是不活动的并且中继同时地向目的地进行传送。
[0101]这样，本发明的方法I如图4所示。
[0102]对于传送信道没有约束；其可能遭受快速衰落，其中，使用矩阵的系数表示每次传送信道改变时使用的信道，或者其可能具有慢速B块衰落，其中，系数在信道的N/B次连续使用(块)过程中保持不变但是随着块的不同而变化，并且信道可以是所选择的频率，并且其可以是MIMO信道。在下面的说明中采用的记号对应于慢速I块衰落信道，亦即，准静态的信道。
[0103]在下面的说明中，假设节点(信源、中继以及目的地)完全同步并且信源是独立的(它们之间没有相关性)。
[0104]半正交传送协议是这样的，在被安排为两个阶段的信道的Nuse次使用的期间进行向目的地的信息传送:在第一阶段中，在信道的a Nuse = Chuse次使用期间信源进行传送；在第二阶段中，在信道的(1-α)Ν.= Chusrfi次使用期间中继进行传送。
[0105]在本发明的第一方面中，通过系统的中继Rj实施传送信号的半正交传送方法I。
[0106]信源数据块€ if是长度为K的消息矢量，其中，分量在整数阶数q的有限域Fq中取得它们的值。
[0107]在统计上独立的信源Si实施信息数据Ui的信道编码，同时为了检验消息完整性，将循环冗余校验(CRC)添加到系统部分。具有个传送天线的信源Si使用使每个块Ui都与属于基数为I尤| = ()的复数丛集(compl ex constellat1ns) Xi 的经编码并调制的符号Xi e X^chuse相关联的在Fq(例如，二进制域F2或者四元有限域F4)上定义的空时调制及编码方案?i。Fq的符号具有包含In2 (q)个比特的二进制表示。如果比率
W.si = 是整数，则其表示调制所携带的Fq的符号的数量。函数Oi可以描述为下面的通用形式:(?: P1- Jtfs.I11.**。编码器ENCi实施信道编码以及空时编码。
[0108]在传送的第一阶段期间，信源传送N个符号
[0109]每个中继&具有巧;个接收天线以及个传送天线。在传送的第一阶段期间，每个中继接收通过信源至中继的信道传送的N个信源信号的扰乱版本。由MIMO信道的系数的集合表示信源Si与中继&之间的信道:中继&在瞬间k接收的信号表示为下面的形式:
[0110]yHj,* —* Σι=? IIjni=O 好Si Rf,k,m 夏i,k-m + 露λ,身.k € f I,,., Chuse]
/Vft
[0111]其中，--jAeC j表示在瞬间k时在中继Rj处的附加噪声矢量，Lm表示信道的存储器。信道的存储器效应与传播延时展开相关联。该延时使传送的信号叠加，从而引起符号间干扰。
[0112]目的地具有Nd个接收天线。然后，在传送的第一阶段期间，目的地接收由信源至目的地的信道传送的N个信源信号的扰乱版本。设JTgll是与N个信源至目的地的信道相关联的衰落系数的矩阵。在传送的第一阶段期间由目的地接收的信号写作:
N
[0113]Ft難=$ 2 ?Mjh+ %難 A 6 {It CAtiseJ
1=1 IM=O
[0114]其中，ecw?表示在瞬间k在目的地处在传送的第一阶段期间的附加噪声矢量。
[0115]每个中继&具有多用户迭代式联合检测器及解码器，用于实施以迭代的方式对在第一阶段期间接收的信号实施联合检测及解码2以便从每个信源糸€ 得到估计的信号矢量的涡轮多用户检测或者“涡轮-MUD”。这种联合处理依赖于观测代表所有由于信道而失真的信源消息的接收信号并且依赖于对来自每个信源的信道码进行的软输入及输出解码。可以在一定数量的迭代之后得到关于由每个信源传送的消息的估计，迭代的数量可以设置。
[0116]然后，中继&并行地使用CRC检测器以便根据消息的冗余部分检测3可能在先前估计的消息中出现的任何错误。设Jj C {I,..N}是基数为J的由中继&检测出的没有错误的消息索引的集合。
[0117]并行地，中继&使用大小为K的第一类型的交织器π j只交织J个非错误的消息?.Α € J.
[0118]中继通过网络编码器ENW对交织后的消息应用5函数θ*,，以便得到网络编码的结果:
[0119]Hllj = ΘΛ, i e Jj}) €
[0120]函数θ?,.将交织后的消息线性地组合到维度严格地大于2的有限域中。这种线性运算被称为网络编码。网络码是由中继接收的N个信源消息的线性组合，其可以表示为N维矢量，其中每个分量都非零。通过N维矢量a]= [a" a2,j…aN,/定义与中继&相关联的网络编码。假设该中继检测到只有J个消息没有错误，这些消息的索引包含在集合
I1 Cp,,.,中，则网络编码的结果是线性组合1%,| =。这相当于将索引未包括在集合I中的的矢量4的系数PwU/,归零。因此，能够为每个中继定义有效网络编码，其依赖于不会被检测出没有错误的信源消息。在这种定义中，中继的不传送是在于N维的零矢量中的有效网络码。
[0121]在具有M个中继的系统中，最大分集的阶数是Μ+1。如果在匪个S-R链路以及Μ+Μ个S-D和R-D链路之中的任何M个链路出现断供的情况下，仍然能够恢复来自信源的N个消息(假设与剩余链路相关联的消息被检测出没有错误)，则将具有N个信源和M个中继的系统称为具有最大分集。ST= [InG]是系统生成矩阵，其中，IN是N维的单位矩阵，G表示中继的有效网络码的M个矢量。可以通过在将域的阶数选择为严格地大于2之后以独立的方式随机地抽取矢量的分量来确定网络码的矢量aj= La1,j a2,j…&Ν,」]Τ。在抽取之后，需要检验已经达到了最大分集。这使得需要考虑MN个S-R链路中的Q个断供的所有配置，Qe {0，1，...，Μ}，并且确保系统生成矩阵T = [InG]满足下面的条件:在从矩阵T中消除M-Q列之后，剩余的N+Q列具有拥有不小于N的秩这一属性。应当注意到，其足以测试Q =O的情况(在MN个信源目的地信道中没有断供)，据此在数学上推导出了其他条件的有效性。
[0122]来自信源的经信道编码的消息以及由中继交织然后使用函数对其进行了信道编码的对应的消息形成了分布式涡轮码。交织使目的地能够基于从信源以及中继接收的信号实施迭代式联合信道/网络解码。当J = I时，该线性运算相当于单位矩阵。
[0123]中继对从网络编码得到的信号进行整形6、7以便得到信号:Xli €典型
*O
T1 _ Λ (Il ,,
地，整形包含空时调制及编码的运算。由中继的天线传送整形器信号Xllj € C''......中继
Rj通过带内控制信号(例如，在于控制比特)向目的地D通知在网络编码中涉及的J个消息。代替地，中继可以指示哪个消息被检测出具有错误。
[0124]在该半正交协议的第二阶段，中继同时传送以便通过相同的无线电资源对信道进行相同数量的使用Chusdi，并且信源是不活动的。中继同时传送的信号在目的地处产生干扰。设WvA C是M个中继至目的地的信道的系数的矩阵。在第二阶段期间，在目的地接收的信号写作如下:
M
[0125]Hμ§ΒΜμ+ 露2軸 k € {l,, * t
/-1
mr
[0126]其中，n.1ak € C' 是在瞬间k时在目的地处在传送的第二阶段期间的附加噪声。
[0127]目的地观测到在传送的第一阶段期间由信源传送的符号与随后在第二阶段期间由中继传送的符号的叠加。在传送的第二阶段结束时，目的地具有提供给它的直接来自信源的信号以及来自中继的信号。然后，目的地可以继续进行联合信道网络解码以便恢复信源信号:接收的信号中的U1……％。
[0128]在二进制域中或者根据网络编码定义的域中定义在信源以及中继处的空时调制及编码方案，亦即，对它们进行解码提供了关于在二进制域中或者在与网络编码相关联的域中的来自信源的消息的表示的概率信息。
[0129]基于具有两个信源和两个中继的半正交MS-MR系统的具体实施例详细地给出关于本发明的说明。每个信源都具有传送天线，每个中继都具有接收天线和传送天线，并且目的地具有接收天线。
[0130]在本发明的第一实施例中，在二进制域中定义在信源以及中继处的调制及信道编码。在图5中示出了实施例。在信源以及中继处的调制及编码方案基于与使用二进制交织以及比特到符号格雷(Gray)编码(调制)的级联二进制信道编码(定义在二进制域中)相对应的比特交织编码调制(BICM)类型的方案。优选地，信道编码是系统类型的，例如，编码器基于可能与删余(puncturing)相关联的递归系统卷积(RSC)码。
[0131]每个信源SiQ = I或2)都具有编码器ENCci，用于对消息实施信道编码以便传送。
将消息Ui e 编码为矢量Ci € If1，其中，f是与信源Si相关联的编码器的编码率。使用二进制交织器Hdli对码字Ci进行交织。需要交织器以便通过减少连续码值之间的相关性来确保经编码的值之间的独立性。交织器的输出对应于矩阵6 Zfwxsi
O
[0132]使用作为调制的阶数，通过调制器MODi将交织后的字调制到序列Xi € Ccftmg中；通过下面的双射函数实施标记:#1: F/1 — Ii。设
HkJ = Φ?ΗχιΜ )是对应于调制后的符号Xi,k的第I个比特(对应于信源i的比特Ivi,
k，1:1 I，***? S^} ) ο
[0133]每个中继1^(」=I或2)都包含:具有与信源Si同样多的输出的迭代式联合检测器及解码器(或者涡轮MUD) JDDj、针对联合检测器及解码器的每个输出的错误检测器CRCp在每个错误检测器CRCji之后的交织器Jij1、连接到交织器Jiji的输出的代数网络编码器CRj以及在代数网络编码器的输出处的整形器模块MCSj。在该实施例中，每个中继还在网络编码的输入处具有与信源同样多的二进制至代数转换器CBAji以及在网络编码的输出处具有代数到二进制转换器CABj。
[0134]每个迭代式联合检测器及解码器JDDj联合地检测并解码由信源同时传送的消息。其在图6中示出。其包含:联合检测器MAPD-E、与每个信源相对应的两个解码器DecSpDecS2、解码器的输出与检测器的输入之间的两个交织器Jidi2以及检测器的输出与解码器的输入之间的两个解交织器。交织器与在信源中使用的那些是相同类型的。解交织器是交织器的逆。中继Rj接收由来自两个信源Si的信号之间的干扰产生的信号yRj上:
[0135]= h1R) xtM + AK| X2tfc + FIljfk , k E {I,.,,ChusJ
[0136]其中，n%,*是具有分布的附加噪声，%%是信源Si与中继Rj之间的信道的系数。基于最大后验标准的联合检测器MAPD-E(或者多用户检测器(MUD))接收信号yi^/c，并且与解码器DecS^ DecS2之间交换信息，从而从每个信源提取信息六、
对所检测的比特以及经解码的比特应用该交换。在每次迭代时，解码器接收经编码的比特{L(Ci)}的内在对数似然比(LLR)作为输入，并且交付关于经编码的比特Ci的外在LLR{E(Ci)}。在重新交织之后，在检测器的输入处将外在LLR{E(Vi)}用作先验LLR。当对消息完全解码时或者在一定数量的迭代(其数量可以设置)之后停止迭代。
[0137]在图7中示出联合解码器MAPD-E。多用户检测器实现下面的等式:
八(V|,W) = 1ij —4--j^r-1
\ p = O /
_]
,Σ?εΛι#-/(α)=ι,ΜΛ pi,* = OtXiik^bj酬鎔 log-j---—……,,',…丨巾_------------
[0139]其中(i，j) ^ {1，2}2，使得 i 关 j 并且:
fi^iiC Ijii)
辦=^ Φ^Ηα) E(viM.)
[。14。] * iS,l)
蘭=X #~f'W Ε(ρβΜ.)
j _.I
*■**!>
[0141]其中，)是由对应于信源Si的解码器提供的比特的外在信息，在标记中的第I’个比特对应于符号
1 O
[0142]然后，将联合检测器的输出描述为=L(Vi)= A(Fi) - f(F!.)，其中，A(Vi)
是关于比特Vi的对数后验概率比(LAPPR)，E(Vi)是该比特的来自与信源Si相关联的解码器的外在信息。
[0143]在图8中示出解码器DecSit5其是具有软输入和软输出的例如BCJR类型[2]的解码器。下面给出描述在该解码器处的软信息交换的特征的等式:
[0144]I(Ci) = A(Ci) - L(Ci)
[0145]其中，A(Q)是对应于码字Ci的经编码的比特的LLR，L(Ci)是关于所述比特的先验信息，提供给检测器的E(Ci)是关于该经编码的比特的外在信息。
[0146]错误检测器CRCji检测错误，以便只选择已经被无错误地解码的那些信息。当在信源处存在系统编码时，所选择的无错消息的内容对应于被检测出没有错误的码字的系统比特。
[0147]在二进制域中定义交织器π ji，假设方法实现联合网络-信道编码，则它们对于指定的中继是相同的。交织器π Ji交织来自信源Si的被检测出没有错误的对应于它们各自的码字的系统比特的消息，从而能够创建分布式的涡轮码。
[0148]二进制到代数变换器CBAji将数量n = In2 (q)的比特(其中，q是等于该域的基数的2的幂，In2是底数为2的对数)与通过网络编码定义的该域的元素相关联。因此，在四元伽罗瓦域F4的示例中，转换器依赖于下面的双射函数:
[0149]s:{0，1} X {0，1} — F4
[0150]其与F4的符号q = s(b1； b2)的两个比特(Id1, b2)相关联。
[0151]该函数及其逆给出了 F4的元素的二进制表示。以下，使用如下记号:对于q =
s(b1； b2)，bt = Sf1Cfl)并且 = Si1Iq) o
[0152]在图5中用带有十字的方形表示的网络编码器CRj在域F4中实施来自两个信源的被检测出没有错误的、交织后的并且被转换成代数形式的消息的线性组合。中继R1和R2的网络编码矢量分别是[1，1]7和[1，2]τ。由矢量[1，1]τ和[1，2]τ定义的网络编码[n，m]τ实施运算n.Ui+m.u2。由独立的等式UfU1和七+2.U2形成的系统在F4中是可逆的，因此在S1到D以及S2到D的链路上出现断供的情况下能够取回消息U1和u2。
[0153]代数到二进制转换器将有限域的元素变换成其二进制表示，它们实现了作为s的逆的函数。
[0154]整形器模块MCSj实施调制及编码方案，例如，其可以是比特交织编码及调制(BICM)类型的，并且对应于级联二进制信道编码(定义在二进制域中)、二进制交织器以及比特到符号格雷编码(调制器)。在中继处的二进制信道编码例如基于递归系统码(RSC)。
编码比特的矢量写作:cR, € 。
[0155]在具体的实现方式中，信道编码之后跟随着删余运算Ω，其在于只保留确定奇偶性的比特的递归系统编码器。在这种情况下，总体效率等于，
K.°
[0156]经编码及交织的序列写作:Vri € F2CW'比特到符号编码描述为# ^ 其中，I/表示在调制的阶数为2%j的情况下得到的符号的丛集。
[0157]由中继Rj传送的信号写作:XRi e Ccft咖'
[0158]当中继具有多个传送天线时，整形可以例如是空时比特交织编码及调制(ST-BICM)类型的。
[0159]在本发明的第二实施例中，在由网络编码定义的域中定义在信源以及中继处的空时调制及编码方案。在图9中示出具体的实现方式。在该第二实现方式中，通过由网络编码定义的域，亦即根据在该域中的来自信源的消息的表示，直接定义在信源以及中继处实现的调制及编码方案。中继不具有二进制到代数转换器以及代数到二进制转换器，并且所示的整形器模块MCSj对应于涉及进行删余的具体实现方式Ω j，除此之外，在图9中示出的示例与图5的相同。
[0160]调制及编码方案基于符号交织编码调制(SICM)类型的方案并且对应于在域F4中定义的级联信道编码ECCj、在F4上定义的符号交织器(非二进制)以及对F4的符号的二进制表示实施格雷比特到符号编码运算的调制器Modj。关于在& =4为整数时的情况说明该示例。这样，来自信源i的经调制的符号携带所考虑的域的Si个符号，亦即，可以将调制器视为双射函数#1: Zf - ?。
[0161]中继实施的检测及解码以与上述对应于在图5至8中示出的二进制实施方式的示例相类似的方式进行。差异来自如下事实:检测器与解码器之间交换的信息现在是以矢量的形式。检测及解码运算的线性意味着其等同于对这些矢量的每个分量应用与关于二制实现方式所述的那些运算相同的运算。
[0162]多用户检测器实现下面的等式:
J — ιυδ I T —————— I
\ P (1;ι.λι = O IJtiJ I
[0163]
,^a^-Xr4\ι (°)-^ΜχI P ⑷ 1? = af Xjtk = b j e 觀+ 獅
ftS 1S.............................................................................................................................丨………丨..................................................-.......................)..................ΠΤ…1......................................................................η-____________
(α)=0,1ι€ιj ^ (?/! = a* xf,k = ■& ) e《⑷
[0164]其中(i，j) ^ {1，2}2使得i关j并且:
(^g4 (i^D
辦=^ φ~!(α)Ε (vitkf)
[0165], 1'.},、
吨4 \Χ)?
ξΦ) = [
\I # 'I
t —* A
[0166]E (Viika,)是由对应于信源Si的解码器提供的外在信息，其涉及与值4--?相关的作为在对应于符号《“的标记中的第I’个比特的比特ViH。然后，来自检测器的输出写作:L(Vi)= A(Fi) - ￡(h)，其中，A(Fi)是字Vi的LAPPR，E(Vi)是来自与信源Si相关联的解码器的这个字的外在信息。以与参考图8所述的方式相类似的方式进行解码。
[0167]图10示出本发明的目的地接收器。基本包含两个阶段:检测阶段，继之以解码阶段。
[0168]检测阶段实施多用户迭代检测以分别通过两个检测器MAPD-EI以及MAPD-EII检测在协议的第一阶段期间直接来自信源的消息以及在协议的第二阶段期间来自中继的消息。两个检测器提供关于所检测到的分别来自信源和中继的消息的软信息。
[0169]解码阶段用于基于先验地取得并且来自检测阶段的软信息对分别来自信源和中继的消息进行解码。通过与信源同样多的软解码器Siso(软输入软输出)以及与代数网络编码器同样多(从而与中继同样多)的代数解码器SISO algj实施解码。解码器SIS01、SIS02以及解码器SISO AlgUSISO Alg2基于分别在信源中以及在中继中实现的码。
[0170]与信源相关联的软解码器以彼此完全相同的方式进行运作。它们的运作与参考图8所述的解码器的类似。图10示出检测器MAPD-EI的输出与软解码器SIS01、SIS02中的每一个之间的多路复用器，其使得系统部分能够与该码的奇偶部分区分开，而在图8中，解码器的单一输入隐式地包括两个部分。与图8的解码器相比，差异来自于考虑由与中继相关联的代数解码器提供的奇偶信息。
[0171]解码器向检测器提供关于经解码的符号的软信息。在与信源相关联的解码器和与中继相关联的代数解码器之间进行软信息的迭代交换，从而引起联合的迭代式网络信道解码。
[0172]在每一次迭代时，两个检测器产生关于来自信源以及中继的经编码的位的LAPPR。SISO解码器接受经编码的位的这些内在对数似然比L(C1)、L(C2)、L(crJ以及L(Ch2)，并且交付关于经编码的位的外在对数似然比E (C1)、E (c2)、￡(?)以及1(1?)。
[0173]对应于由信源i传送的序列的系统比特和奇偶比特的软信息写作Lsi和Lpit5SLsiw是由中继&为来自信源Si的系统比特提供的软信息。对应的外在信息写作ES1、Ep1、ESiKj。
[0174]解码器SISO Algj是具有软输入及输出的解码器，其合并与所考虑的中继Rj的网络编码的线性变换相对应的逻辑(代数)运算。
[0175]图11是在域F4中实施所有传送时(亦即，在图9中示出的第二种实现方式中，其中信道编码是代数类型的)的SISO解码器Algj的实施例的简图。在示出的示例中，网络编码对应于实施线性组合uK = Ui+2.U2的中继Rj = R2的网络编码。在？4中表示的来自信源U1和U2的消息在中继处被检测出没有错误，因此uK = Ul+2.U2被包含在在由中继R2传送的奇偶比特中。对应于所考虑的中继的带有软输入和输出的解码器SISO Alg2接收来自中继Lpk
的关于奇偶符号(由于穿孔，中继只传送奇偶比特)的先验信息以及为= nes,+ ΠLsi和E1s2 = Π + Il Lh的关于来自两个信源U1和U2的符号的先验信息(包括在来自信源的码字的系统部分中)作为输入。关于来自两个信源的符号的该先验信息尽和用于在中继的信道编码的输入处使用由在图11中的运算器1，2Σ建模的关系来计算关于系统符号的先验信息:
[0176]E SE, k — 1,2, k (E SI，E S2)
[0177]其中，ke F4 = {0,1,2,3}表示关系 Uk =屮+2.u2。设 E' SK 是集合{E, SEjk:k =
0,1,2,3,4} 0根据(四个分量)矢量E'⑶和Lpk，解码器输出关于来自所考虑的中继R2的奇偶符号Epk2的以及关于来自如下两个信源的系统符号的外在信息:ESiK2，其与由图11中的运算器1，2Σ和3，3Σ建模的如下关系相关联:
[0178]表不U1 — ur+2.U2 的 Esir2 — (Σ 1j2jk (Ese, E S2)) k = {0,1,2,3}以及
[0179]表不U2 — S-Ui^-UJAEs2r2 — ( Σ 3,3, k (ESR，E si)) k = {0,1,2,3}。
[0180]图12是用于二进制信道编码(亦即，如图5中示出的第一实施例)的SISO解码器Algj的实施例的简图。运算根据与上述的对应于代数传送的在图11中示出的SISO解码器Algj的原理相同的原理。差异来自添加了在运算器Σ的输入处的二进制到代数转换器CBA(比特到符号)以及在运算器1，2Σ、2，1Σ和3，3Σ的输出处的代数到二进制转换器CAB (符号到比特)。二进制到代数转换器作用于来自信源的外在信息以便保留在二进制级别的信道解码。LLR和外在信息在二进制域中。设u = s(ui，u2)是？4的元素，设q e F4,
并且设A4J(W) = log (^rf)与值q相对应的u的LLR0比特到符号转换器CBA实施在于确定知道比特(Ui) i e {1,2}的LLR的符号u的LLR的运算:
[0181]V Cf E F.hq{u) =1 ?Φ Λ(ιι!)
[0182]其中，A(Iii)= log
[0183]在运算器1，2Σ、2，1Σ和3，3Σ的输出处，符号到比特转换器CAB实施在于确定与符号u的每个比特相关联的两个LLR的运算:
_4] A(Hi) = log■匕砸 ^ € {U}
[0185]所示的解码器对应于仅传送奇偶比特并且对系统比特进行删余的中继。
[0186]图12的BCJR解码器如同图11的一样，如同对相关联的信道编码那样地运作在二元有限域上。只有二进制到代数、代数到二进制转换器以及运算器Σ运作在域F4中。
[0187]以下关于对应于在中继处对系统比特进行删余的中继的实施例的特殊情况，说明本发明的接收器的基本布置。
[0188]I/检测器MAPD-EI接收分别来自两个信源的系统及奇偶比特的经多路复用的外在信息作为输入。因此，其接收E1= [&\ + 11F1 eS1R1 + n2lEStR2 , eP1 ]和
E9= [‘s2++ Π2 1 Es2R2 f馬J2 ]。作为输出，其提供从两个信源[1?, Ip1]
和[1?* lPi ]接收的比特序列中的每一个的LLRo
[0189]2/解码器MAPD-EII接收关于来自两个中继EpK1和EpK2的奇偶比特的外在信息作为输入。其输出这些序列Lpki和Lpk2的LLR。
[0190]3/解码器SISOl和SIS02接收分别来自检测器的来自相关联的两个信源的各自的系统和奇偶比特的LLR以及来自代数解码器SISO Algl和SISO Alg2的它们各自的系统比特的外在信息作为输入。该外在信息构成关于来自两个信源的系统比特的先验信息。因此，SISOl接收来自检测器MAPD-EI的和、，并且其接收Esa +作为关于系统比特的先验信息。其计算LLR: Asi和Api，并且根据它们以及￡^和1^:推导作为输出来交付的外在信息乾和fp,。SIS02与SISOl是对称的。
[0191]4/然后启动SISO Algl0其接收由两个信道解码器SISOl和SIS02提供的来自信源S1和S2的系统比特的外在信息以及由解码器SISO Alg2在前述的迭代时计算的外在信息IIi (I5t+町1Isis2Ppn1 ( Egi +作为输入。其还接收关于由多用户检测器MAPD-EI产生的系统比特的先验信息Fl1.LSim ni.iS2作为输入。其还接收由检测器MAPD-EII提供的来自第一中继R1的奇偶比特的LLR LpK1作为输入。解码器输出关于来自中继R1的奇偶比特的外在信息Epki以及关于来自信源S1和S2的系统比特的外在信息.,?和。解码器SISO Alg2和SISO Algl在它们的运作上是对称的，但是它们中的每一个都包含针对它们各自的代数运算的解码器。由解码器SIS0Alg2提供关于中继R2的奇偶比特的外在信息IpR2以及关于来自信源S1和S2的系统比特的外在信息Is11R2和*，从而终止第一迭代。
[0192]回到检测步I/标志着接下来的迭代的开始。
[0193]在迭代过程结束时，该方法从解码器以及检测器的输出首先得到
Lgt + ^sl + ^s1B1 + O21E5tUz ? O以便继续进行关于的决策，其次得到
+ U ^s2R1 + n^1I5zji2 $ G以便继续进行关于M2的决策。符号髮表示如果输出是正的，则决策为M1或狂2为I,如果输出是负的,则决策为！^或!^为O。
[0194]下面的示例用于例示目的地接收器如何使用由中继带内传送的信息。该信息指出哪些消息被中继检测出没有错误。基于该消息，接收器断开或者不断开与信源相关联的SISO解码器的代数解码器，或者其停用代数解码器。
[0195]在图13所示的第一示例中:两个中继之一，即中继R2，发送唯一的信源信号，即信号u2。在这种情况下，对应于中继R2的代数SISO解码器SIS0alg2从非编码的信源S1的SISO解码器SISOl断开。
[0196]在图14中示出第二种情况:每个中继RpR2仅发送一个信源信号。然后SISOi从解码器SISO Algj断开，其中，i是未由中继Rj编码的信源Si的索引。
[0197]在图15中示出第三种情况:两个中继之一，即中继R1，不发送任何信源信号。在这种情况下，停用对应于中继R1的代数SISO解码器SISO algl。
[0198]附录A
[0199]八.1域卩4
[0200]在该域的元素的原点处的本原多项式是X2+X+l。设α和α 2是该多项式的两个根，并且分别使用记号O和I作为分别针对该域的加法和乘法的中性元素。对这些元素使用十进制的记号:{0，I, 2，3}，其中2和3分别表示α和α 2。
[0201]
(+) I O I I ? 2 ΓΤ^ [ΤχΓΓο Τ_ΠΤ.? 3—
I) δ^ ^i^ ^2^ ^T~ ^ I) ο—IF
I Γ^ο^Ι"一^F— h^ΠΓ * ι 2了―—
jwI^ΛI^^I
223012 0 2 3 1
了—.jn—.丁
ι
[0202]表1:a)关于F4的加法表b)关于的F4的乘法表
[0203]设X1' X2和y是F4的三个元素,使得％+2.x2 = y。由下式给出使得能够确定X1和X2的变换:
(X1 ~ V + 2.X2
[0204]1- ,ι
I %2 — 3.y + 3.X1
[0205]记号Sn,m, i用于作为由n.k+m.1 = i给出的等式的解的F4的对(k，I)的集合。
[0206]因此:
[0207]Snjmj j = {(k, I) e (F4)2, n.k+m.1 = i}
[0208]记号用于由下式定义的函数:
[0209]
m* κ m4 ^ ι
[0210]f?.w ? ^€Snm,Exp(xk+ y{)\
C8 K^ikmsnm,, ^xpixk + yd)
[0211]A.2代数量
[0212]A.2.1.LLR
[0213]LLR是涉及两个符号的似然比或者概率比的对数。
[0214]在二进制版本中，比特u可以是I或者O。这样的比率由标量给出:
(P(u = 1)\
[0215]Uf = 1g ^^rr
\P{u = 0)/
[0216]并且其正负号以唯一的方式定义关于比特U的硬决策。
[0217]在代数版本中，例如在F4中，符号u可以具有四个不同的值。标量LLR无法以唯一的方式指定符号U。因此引入按照如下定义的大小为4的矢量LLR:
/ P(u = q)\
[0218]V g € F4 , LLRq (u) = log I—-—d
[0219]第一分量为0，因为将U = O视为参考事件，相对其计算其他事件的似然度。
[0220]A.2.2.LAPPR
[0221]对数后验概率比(LAPPR)是一种形式的LLR，其对典型地由所接收的序列提供的“侧信息”是“有条件的”。
[0222]在二进制版本中，LAPPR定义为:
fP(u = I )\
[。223] LAPPR = ^{j^l^}
[0224] 在代数版本中，例如在？4中，使用按照如下定义的大小为4的矢量LAPPR:
(ρ(^ = ο I V )\......0........1........y........))
[0226][1]M.Xiao、M.Skoglund，“Design of Network Codes for Multiple UsersMultiple Relays Wireless Networks”，IEEE Internat1nal Symposium on Informat1nTheory，2009 年。
[0227][2]L.Bahl、J.Cocke、F.Jelinek 和 J.Raviv，"Optimal Decoding of LinearCodes for minimizing symbol error rate〃， IEEE Transact1ns on Informat1nTheory,卷 IT20 (2)，第 284-287 页，1974 年 3 月。
【权利要求】
1.一种在具有N个信源(S1、S2、……^丨^个中继況、!^、……、RM)Rj和单一接收器(D)的系统中使用的信号的半正交传送的方法(1)，其中j = I到M，其中，所述中继通过共同的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过相同的频谱资源进行的同时传送相继地且不同时地进行，对于每个中继&，该方法包含: 对由所述信源分别传送的消息(Upl^……、uN)进行迭代式联合检测及解码以得到经解码的消息的步骤2; 检测所述经解码的消息(Ul、U2、……、％)中的错误的步骤3; 只交织检测出没有错误的消息的步骤4，随后进行矢量aj= La1,j a2,j…aN,j]T的代数网络编码的步骤5，该步骤5在于将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以得到经编码的消息，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及 进行整形的步骤6，包含进行信道编码以产生表示经网络编码的消息的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括对指定被检测出没有错误的消息的表示为给信号接收器(D)的代表信号的控制信号进行整形的步骤7。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道编码是系统的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道编码是二进制的，并且还包含: 在交织步骤与代数编码步骤之间的二进制到符号转换的步骤；以及 在代数网络编码步骤之后的符号到二进制转换的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，阶数严格地大于2的有限域是阶数为4的伽罗瓦域。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，检测错误的步骤通过使用与信源传送的消息相关联的循环类型的冗余信息来实施。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代式联合检测及解码的步骤联合地实施多用户检测以及软输入和软输出解码。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代式联合检测及解码步骤实现空时解码。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，进行整形的步骤包含对消息在传送之前进行调制并且在信道编码和所述调制之间进行交织。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，G表示所述中继的M个网络编码矢量的矩阵，T表示系统生成矩阵T = [InG]，其中In是N维的单位矩阵，其中，所述网络编码矢量的分量通过独立的随机抽取来确定，从而达到系统的最大分集。
11.一种在数据介质上的计算机程序，所述程序包括适于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法的程序指令，当所述程序被载入并且由用于具有N个信源(SpS2>......、SN)、M个中继(RpRy......、Rm)以及单一接收器⑶的系统的中继执行时，所述中继用于实现所述传送方法。
12.一种包括适于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法的程序指令的数据介质，当所述程序被载入并且由用于具有N个信源(&、S2、……、SN)、M个中继OVR2、……、Rm)以及单一接收器(D)的系统的中继执行时，所述中继用于实现所述传送方法。
13.一种用于具有N个信源(S1、S2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、Rm)以及单一接收器(D)的半正交系统的用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的半正交传送方法的中继(R)，该中继包含: 用于进行迭代式联合检测及解码以分离来自所述信源的流并且为每个流确定代表由信源传送的码字的消息的部件(JDDj)； 用于检测错误的部件(CRCji)； 用于只交织被检测出没有错误的那些消息的交织部件(nji); 用于矢量aj= La1,j a2,j…aN,j]T的代数网络编码的部件(CRj)，其在于在阶数严格地大于2的有限域中将交织后的消息进行线性组合，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及 用于进行整形的部件(MCSj)，包含对来自网络编码的消息进行信道编码以产生代表经网络编码的消息的信号。
14.一种具有N个信源(SpS2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、Rm)以及单一半正交接收器(D)的系统(SYS)，其中，所述中继是根据权利要求13所述的中继。
15.一种用于具有N个信源(SpS2、……、SN)和M个中继(R1、R2、……、RU)的半正交系统的接收器(D)的接收方法，所述系统用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法，所述接收方法以迭代的方式包含: 第一多用户检测步骤，检测由所述各个信源同时传送的经编码的消息(+、％、……、uN)以得到关于由所述信源编码的各个消息的软信息(Ucsi))； 第二多用户检测步骤，检测分别由所述中继传送的经编码的消息(Upl^……、uN)以得到关于由所述中继编码的消息的软信息(Ucw))； 第一步骤，并行地对分别由所述N个信源编码的N个消息进行软信道解码；以及 第二步骤，在关于由所述中继检测出没有错误的消息的信息的控制下级联地对分别由所述M个中继编码的M个信息进行算法软网络解码； 对N个消息进行软信道解码的第一步骤使用来自所述第一检测步骤的软信息(L(Csi))作为先验信息，以便提供关于在所述第二步骤的代数软网络解码中解码的M个消息的软信息(Esi)； 对M个消息进行软网络解码的第二步骤使用来自所述第一和第二检测步骤的软信息(L(cSi))和(L(cKj)))作为先验信息，以通过向所述第二检测步骤供给关于经解码的消息的软信息来做出响应； 对N个消息进行软信道解码的第一步骤以及对M个消息进行软网络解码的第二步骤向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下进行。
16.一种用于具有N个信源(SpS2、……、SN)和M个中继(R1、R2、……、RU)的半正交系统的接收器(D)，所述系统用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法，所述接收器包含: 第一检测部件(MAPD-DI)，用于多用户联合检测以分离在传送的第一阶段期间分别来自所述N个信源的经编码的消息的同时流并且产生关于所述经编码的消息的软信息； 第二检测部件(MAPD-DII)，用于多用户联合检测以分离在传送的第二阶段期间分别来自所述M个中继的经编码的消息的同时流并且产生关于分别来自所述中继的经编码的消息的软信息； 与信源同样多的并行的软解码器(SISOi)，用于对分别由所述信源编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一检测部件(MAPD-DI)的软信息(L(Csi))作为先验信息，并且产生关于经解码的消息的软信息(Esi)； 与中继同样多的以级联方式运作的软代数解码器(SISO Algj)，用于对分别由所述中继编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一及第二检测部件(MAPD-D1、MAPD-DII)的软信息(Ucsi))和(L(cKj)))作为先验信息，并且通过向所述第二检测部件供给关于经解码的消息的软信息来做出响应； 所述N个软信道解码器和所述M个软代数解码器向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下进行；决策制定部件，用于所述信道解码器以得到关于分别来自所述信源的消息的估计。
【文档编号】H04L5/00GK104137464SQ201280070341
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月21日
【发明者】M.贝纳玛, A.哈特费, R.维索兹 申请人:奥林奇公司
【专利摘要】本发明涉及一种意欲用于具有N个信源(S1、S2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、RM)以及单一接收器(D)的系统的信号的半正交传送方法(1)，由此，所述中继通过相同的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过相同的频谱资源进行的同时传送相继地且不同时地进行。该方法包含通过中继执行的以下步骤：对由信源分别传送的消息(u1、u2、uN)进行迭代式联合检测/解码以获得经解码的消息的步骤2；检测在经解码的消息(u1、u2、uN)中的错误的步骤3；交织检测出没有错误的消息的步骤4，随后进行代数网络编码的步骤5，该步骤5包括将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以便得到经编码的消息，所述线性组合在系统的中继之间成对地独立；进行格式化的步骤6，包含进行信道编码以便产生代表经网络编码的消息的信号。
【专利说明】传送用于半正交MS-MARC系统的数字信号的方法、以及对应的程序产品和中继设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及电信领域。在该领域中，本发明更具体地涉及在多信源多中继(MS-MR)网络中传送编码数据。对于指定的目的地，MS-MR网络是一种包含至少四个节点的电信系统:至少两个信源和至少两个中继。本发明涉及网络编码。本发明涉及提高数据传送的质量，并且具体地涉及提高在目的地进行的纠错解码的性能。
[0002]本发明具体但非排他地应用于经由移动网络传送数据，例如用于实时应用。
【背景技术】
[0003]网络(特别是移动网络)设法在容量、可靠性、消耗等方面得到显著的改善。移动网络的传送信道以难度而闻名，其导致相对低劣的传送可靠性。在过去几年里，就编码和调制而言，特别是考虑到消耗和容量，已经取得了相当大的进展。在多个信源和目的地共享相同的资源(时间、频率以及空间)的移动网络中，需要保持尽可能低的传送功率。
[0004]低功率不利于覆盖度，因此不利于系统的容量，并且更普遍不利于其性能。
[0005]为了增加覆盖度，使通信更可靠，并且更普遍地为了提高性能，一种方法在于依靠中继增加频谱效率，从而提高传送效率以及系统的可靠性。
[0006]图1中示出MS-MR系统的基本拓扑，其中:信源(节点S1和S2)广播它们的码信息序列以便引起中继R1和民以及目的地D的注意；典型地，信源是设法在中继的帮助下到达相同的基站的用户终端。每个中继对其接收的来自信源S1至S2的信号进行解码，并且联合地对通过该解码得到的序列进行重编码，同时还添加它们自己的冗余，从而创建网络码。在目的地D，通过信道解码算法和网络解码算法对包含直接来自信源S1和S2的所接收的码序列以及来自中继R1和R2的码序列的空间分布的码序列进行解码。
[0007]网络编码是一种形式的合作，其中，网络的节点不仅共享它们自身的资源(功率、带宽等)还共享它们的计算能力以便创建功率随着信息通过节点传播时而不断增加的分布码。这得到关于分集以及编码的基本增益，从而得到关于传送可靠性的基本增益。
[0008]主要的困难在于从信源到中继的链路不会一直使所有的中继都能够基于它们接收的信号无错误地检测到来自信源的消息。例如，在从信源至中继的传送信道遭受瑞利衰落(Rayleigh fading)时以及在缺少关于信源处的信道的知识时可能会遇到该困难。在这样的环境下，由于中继对来自信源的消息进行有缺陷的解码，所以存在非零概率的断供。这样的缺陷会导致向目的地传播的错误。
[0009]另外，达到最大分集意味着，即使在与中继的数量相等的多条链路上发生断供的情况下，也一定能够恢复所有的来自信源的消息。
[0010]论文[I]提到了一种用于如图1所示的简单MS-MR系统的网络码。该MS-MR系统对应于基本拓扑。该系统局限于两个信源和两个中继。所考虑的MS-MR系统是这样的:所有信源到目的地以及中继到目的地的链路都是正交的，并且使用不同的频谱资源(亦即，在信源和中继之间使用的无线电资源在时间上或在频率上是分离的)。因为在多个用户之间细分该无线电资源，所以这种分离导致频谱效率的损耗。
[0011]两个信源S1和S2向中继RpR2以及目的地D广播编码信息。中继R1和R2从两个用户得到假设被正确地解码的流，并且使用在阶数4的有限域中定义的线性网络编码方案以线性的方式将它们组合。该网络码使得能够实现最大分集，即为3 (M+1)，因为在两个链路中发生断供的情况下，从四个码I1、12、I+I2以及11+212得到的任何一对的两个码都足以重组来自信源的消息Il和12。
[0012]在该系统中，在没有干扰时可以独自地减少解码错误，因为所考虑的MS-MR系统是纯理论性的并且假设不会遭受干扰(因为链路是完全正交的)。另外，在于利用完全正交的链路的约束将导致对频谱资源的非最优的使用，从而导致在网络容量上的限制。
[0013]MS-MR系统的中继可以是固定中继，同样也可以是移动中继。给定要在人口密集区域中进行传送的通信的密度，中继的数量可以很大并且可以远大于2。为了覆盖这样的地区，优选地，可以使用固定中继而不是基站，因为基站可能会贵得多。在替代的方式下，能够使用移动中继。典型地，这种移动中继是移动终端。这种MS-MR系统变得非常复杂，并且根据[I]的传送方法消耗大量资源，从而使该系统相对没有吸引力。
【发明内容】
[0014]本发明提供了一种在具有N个信源、M个中继以及单一接收器的系统中使用的信号的半正交传送方法，在该系统中，所述中继通过共同的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过相同的频谱资源进行的同时传送相继地且不同时地进行，对于每个中继，该方法包含:
[0015]-对由所述信源分别传送的消息进行迭代式联合检测及解码以得到经解码的消息的步骤；
[0016]-检测所述经解码的消息中的错误的步骤；
[0017]-交织检测出没有错误的消息的步骤，随后进行代数网络编码的步骤，该步骤在于将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以得到经编码的消息，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及
[0018]-进行整形的步骤，包含进行信道编码以产生表示经网络编码的消息的信号。
[0019]本发明的这种传送适于具有把来自至少两个信源的消息中继给单一目的地的至少两个中继的系统。该系统被称为是多用户多中继的。因为传送协议以两个阶段进行，所以称其为是半正交的。在第一阶段期间，信源在占据共同的频谱资源的同时，同时地进行传送。中继和目的地进行监听、检测以及解码。所传送的信号在中继和目的地这两处都产生干扰。在第二阶段期间，信源不活动，并且中继同时地传送，同时也占据相同的频谱资源。所传送的信号在目的地产生干扰。信源到中继的链路、中继到目的地的链路以及信源到目的地的链路是非正交的。术语“半正交”的使用来自避免在目的地处的在来自信源的信号与来自中继的信号之间的任何干扰的传送的两个阶段。
[0020]有利地，网络编码使得能够达到分集的最大阶数，对于具有M个中继的系统而言，其为M+1 ;根据从信源之一向目的地传送的信号可以沿着的不同路径(直接路径以及经由M个中继之中的每一个的M个路径)的数量给出该最大阶数。假设所构造的线性系统的不可逆性，则从M+1个链路中消除M个链路使目的地总能够找到信源信号，因此由中继使用的在阶数大于2的有限域中定义的线性组合的成对独立性使得能够达到等于M+1的分集的阶数。
[0021 ] 在具有两个中继的现有技术系统中，为了实施组合而在每个中继处使用的XOR功能(Θ )不能达到最大分集。当两个信源到目的地的链路遭受断供时，在目的地无法基于来自中继的消息Il Θ 12重组来自两个信源的消息Il和12。在目的地接收的来自中继的信息Il θ 12在缺少直接从信源接收的信息Il或者12的情况下，既不能重组Il也不能重组12。与根据现有技术得知的技术不同，本发明适于大于或等于2的任何数量的中继。
[0022]如果信源通过共同的频谱资源同时地进行传送，并且中继通过共同的频谱资源同时地进行传送，则本发明通过允许信号在中继处以及在目的地处相互抵触，能够使频谱效率最大化。因此，本发明不仅考虑非正交的信源到中继以及信源到目的地的链路，还考虑非正交的中继到目的地的链路。当信源和中继在它们各自的传送期间占据相同的资源时(这对应于本发明的具体实现方式)，频谱效率得以最优化。
[0023]如果中继在进行网络编码之前实施交织，则本发明还能够在目的地实施迭代式联合信道及网络解码。交织无错误地接收的每条消息将降低在未进行交织时在信源处对相同的消息实施的信道编码与在中继处对相同的消息实施的信道及网络编码之间的相关性。从而，这确保了在目的地处进行的首先使用直接来自信源的信号其次使用来自中继的信号的联合信道及网络解码比独立于网络解码实施的信道解码具有更高的性能。
[0024]假设网络编码的自适应性，则根据本发明进行的中继被用于提高信源与目的地之间的传送的可靠性，同时使从中继到目的地的错误的传播最小化。因此，这样的方法特别适于在市区环境中部署的系统，在该环境下，传送信道通常呈现具有所谓的瑞利衰落的曲线轮廓。这种衰落扰乱所传送的信号，并且引起非零概率的错误的检测(被称为“断供”概率)。有利地，如果中继接收的所有的消息都是错误的，则本发明的自适应(或者自选择)的中继方法能够使其不传送信息，甚至如果只有来自某信源的消息被检测出没有错误，则还能够使该中继代表该信源传送信息。因此，该方法适合于有噪声的信源到中继的链路。
[0025]本发明特别适于半双工中继，但是同样能够应用于全双工中继。使用半双工中继的合作系统是非常有吸引力的，因为它们的通信方案比全双工中继的通信方案更简单，易于实现并且成本更低。
[0026]本发明还提供了一种用于半正交MS-MR系统的中继。
[0027]这样，用于实现本发明的传送方法的本发明的中继包含:
[0028]-用于进行迭代式联合检测及解码以分离来自所述信源的流并且对每个流确定代表由信源传送的码字的消息的部件；
[0029]-用于检测错误以便只保留被检测出没有错误的那些消息的部件；
[0030]-用于交织被检测出没有错误的那些消息的交织部件；
[0031]—用于交织后的消息的a」=La1,j a2,j…aN,j]T的代数网络编码的部件；以及
[0032]-用于进行整形的部件，包含对来自网络编码的消息进行信道编码以产生代表经网络编码的消息的信号。
[0033]典型地，本发明的中继是半双工类型的。
[0034]在具体的实现方式中，传送方法还包含对指定被检测出没有错误的消息的表示为给信号接收器的代表信号的控制信号进行整形的步骤。
[0035]这样的消息使得能够显著地简化接收时的处理。
[0036]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:信道编码是系统类型的。
[0037]这种类型的编码使得能够非常容易地对码的系统部分进行穿孔(punch)并且使用中继只传送奇偶部分，从而使由中继向目的地进行传送的频谱效率最优化。
[0038]在具体的实现方式中，信道编码是二进制的，并且该传送方法还包含:
[0039]-在交织步骤与代数编码步骤之间的二进制到符号转换的步骤；以及
[0040]-在代数网络编码步骤之后的符号到二进制转换的步骤。
[0041]该实现方式特别适于二进制信源信道编码。
[0042]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:阶数严格地大于2的有限域是阶数为4的伽罗瓦域。
[0043]该域的阶数4对应于中继的数量M多至3个的最优化的选择。
[0044]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:检测错误的步骤通过使用与信源传送的消息相关联的循环类型的冗余信息来实施。
[0045]这种实现方式的优点是特别易于实施。适于在信源处进行系统类型编码。
[0046]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:迭代式联合检测及解码的步骤联合地实施多用户检测以及软输入和软输出解码。
[0047]这种实现方式的优点是，与随后解码而在检测与解码之间不交换先验信息的多用户检测相比提供了更好的性能。
[0048]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:迭代式联合检测及解码步骤实现空时解码。
[0049]这种实现方式特别适于信源具有多个传送天线并且实施空时编码的系统。当中继配有多个接收天线时，该系统被称为多输入或多输出(MIMO)系统，否则被称为多输入或单输出(MISO)系统。
[0050]在具体的实现方式中，传送方法是这样的:进行整形的步骤包含对消息在传送之前进行调制并且在信道编码和所述调制之间进行交织。
[0051]这种实现方式通过使得能够独立地选择调制和编码，在构造调制及编码方案时提供了很大的灵活性。另外，信道交织器使得能够在目的地处以及在中继处在检测与解码之间具有迭代式方法。
[0052]在具体的实现方式中，传送方法在信源与中继之间实施分布式涡轮(turbo)编码。在信源中的编码步骤还使用卷积编码器。
[0053]例如，对于来自解码器的每个流，分布式涡轮码由在信源处编码比率为1/2的递归系统卷积码(RSCC)以及在交织器之前在中继处编码比率为2/3的RSCC组成。选择带有并行的级联(concatenat1n)的分布式涡轮码，通过具有就构造而言由系统部分和两个冗余部分(由信源确定并传送的第一冗余部分以及由中继确定并传送的第二冗余部分)级联形成的码，使得能够对于带有半双工中继的半正交MS-MR系统非常简单地实现在空间上分布的网络编码。这种级联使信源能够在第一传送间隔期间传送系统部分和第一冗余部分，并且使中继能够在第二传送间隔期间传送第二冗余部分。因此，这种级联使得易于确保中继独立于在第一传送间隔期间从信源到目的地传送的第一冗余部分地将新的冗余信息提供给对应于系统部分的信息比特。因此，目的地具有多个冗余，从而使得能够实施非常有力的解码，从而提高可靠性。
[0054]本发明还提供了一种用于实现本发明的传送方法的半正交MS-MR系统的接收器的接收方法。该接收方法以迭代的方式包含:
[0055]-第一多用户检测步骤，检测由所述各个信源同时传送的经编码的消息以得到关于由所述信源编码的各个消息的软信息；
[0056]-第二多用户检测步骤，检测分别由所述中继传送的经编码的消息以得到关于由所述中继编码的消息的软信息；
[0057]-第一步骤，并行地对分别由所述N个信源编码的N个消息进行软信道解码；以及
[0058]-第二步骤，在关于由所述中继检测出没有错误的消息的信息的控制下级联地对分别由所述M个中继编码的M个消息进行算法软网络解码；
[0059]对N个消息进行软信道解码的第一步骤使用来自所述第一检测步骤的软信息作为先验信息，以便提供关于在所述第二步骤的代数软网络解码中解码的M个消息的软信息；
[0060]对M个消息进行软网络解码的第二步骤使用来自所述第一和第二检测步骤的软信息作为先验信息，以通过向所述第二检测步骤供给关于经解码的消息的软信息来做出响应；
[0061]对N个消息进行软信道解码的第一步骤以及对M个消息进行软网络解码的第二步骤向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下。
[0062]本发明还提供了一种用于实现本发明的传送方法的用于半正交MS-MR系统的接收器。该接收器包含:
[0063]-第一检测部件，用于多用户联合检测以分离在传送的第一阶段期间分别来自所述N个信源的经编码的消息的同时流并且产生关于所述经编码的消息的软信息；
[0064]-第二检测部件，用于多用户联合检测以分离在传送的第二阶段期间分别来自所述M个中继的经编码的消息的同时流，并且产生关于分别来自所述中继的经编码的消息的软信息；
[0065]-与信源同样多的并行的软解码器，用于对分别由所述信源编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一检测部件的软信息作为先验信息，并且产生关于经解码的消息的软信息；
[0066]-与中继同样多的以级联方式运作的软代数解码器，用于对分别由所述中继编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一及第二检测部件的软信息作为先验信息，并且通过向所述第二检测部件供给关于经解码的消息的软信息来做出响应；
[0067]所述N个软信道解码器和所述M个软代数解码器向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下；
[0068]-决策制定部件，用于所述信道解码器以得到关于分别来自所述信源的消息的估计。
[0069]这种接收方法以及这种接收器的优点是适于实现本发明的传送方法的半正交MS-MR系统。
[0070]上述实现方式的每一种都可以可选地与其他实现方式中的一个或多个组合以便定义更多的实现方式。
[0071]本发明还提供了一种适于实现本发明的方法的可选的MMO半正交MS-MR系统。
[0072]这样，本发明的半正交MS-MR系统包括本发明的至少两个中继。
[0073]在优选实现方式中，传送方法和/或接收方法的步骤由合并在一个或多个其本身适于布置在半正交MS-MR系统的电子设备中的电子电路中的传送和/或接收程序的指令来确定。还可以在将程序加载到诸如处理器或其等价物这样的计算构件中时实施本发明的传送和/或接收方法，然后通过执行所述程序来控制其操作。
[0074]因此，本发明还应用于适于实施本发明的计算机程序，特别是应用于在数据介质中或上的适于实施本发明的计算机程序。该程序可以使用任何编程语言，并且可以以源代码、目标代码或者源代码与目标代码之间的中间代码的形式，诸如以部分编译的形式，或者以用于实现本发明的方法的任何其他合适的形式。
[0075]数据介质可以是能够存储该程序的任何实体或设备。作为示例，该介质可以包含诸如只读存储器(ROM)这样的存储部件，例如光盘(CD) ROM或者微电子电路R0M，或者甚至可以包含磁记录部件，例如硬盘或通用串行总线(USB)钥匙。
[0076]替代地，数据介质可以是其中并入该程序的集成电路，该电路适于执行或者被用于所讨论的方法的执行。
[0077]另外，该程序可以转换成诸如电信号或光信号这样的可传送的形式，从而可以经由电缆或光缆、通过无线电或者其他部件传播。特别地，本发明的程序可以从因特网类型的网络下载。
【专利附图】
【附图说明】
[0078]通过阅读下面的对仅作为示意性且非限制性的示例给出的优选方法的说明，并且参考附图，本发明的其他特征及优点将变得更加清晰。附图中:
[0079]图1示出在不同节点之间具有正交链路的现有技术MS-MR系统的示例；
[0080]图2是示出针对接收器D的具有N个信源Sp……、SN以及M个中继R1'……、RM的MS-MR系统的拓扑的简图；
[0081]图3a是本发明的半正交MS-MR系统的简图，其中，链路在信源与中继之间、信源与目的地之间是非正交的，该图示出传送的第一阶段；
[0082]图3b是本发明的半正交MS-MR系统的简图，其中，链路在中继与目的地之间是非正交的，该图示出传送的第二阶段；
[0083]图4是通过图3示出的半正交MS-MR系统实现的本发明的传送方法的简化的流程图；
[0084]图5是本发明的MS-MR系统的第一实施例的简图，其中，在二进制域中定义在信源处以及在中继处的空时调制及编码方案；
[0085]图6是对由信源同时传送并且由中继接收的消息进行联合检测和解码的迭代式联合检测器及解码器JDDj的简图；
[0086]图7是联合检测器MAPD-E的简图；
[0087]图8是解码器DecSi的简图；
[0088]图9是本发明的MS-MR系统的第二实施例的简图，其中，在由代数网络码定义的域中定义在信源处以及在中继处的空时调制及编码方案；
[0089]图10是本发明的目的地接收器的简图；
[0090]图11是当所有的传送都在域F4中实施时(亦即，以在图9中示出的第二实施例的方式实施，其中，信道编码是代数类型的)的SISO解码器Algj的实施例的简图；
[0091]图12是用于二进制信道码(亦即，以在图5中示出的第一实施例的方式实施)的SISO解码器Alg的实施例的简图；并且
[0092]图13至15是示出随着由中继传送的带内信息而变化的接收器的自适应结构的简图。
【具体实施方式】
[0093]在本申请中使用下面的记号。
[0094]所有的矢量都使用粗体字符。矢量v的第k个元素写作[V；jk或者vk。
[0095]Fq是q个元素的伽罗瓦域(Galois field)，I是实数域并且C是复数域。
[0096]矩阵/张量使用粗体大写字母。如果X是属于域E的NXM维的矩阵，亦即，X e Enxm，则xk表示其第k列(k = 1，…，M)。
[0097]函数使用非斜体大写字母。多维函数F应用于以mX q维的矩阵A的形式的输入，其中，每个元素ay (针对所有的i = 1，...，m以及j = 1，...，q)都属于集合E,并且其输出nXp维的矩阵B，其中，每个元素(针对所有的i = 1，...，η以及j = 1，...，ρ)都属于集合 G，从而 F(A) = B 写作:F:EmX<1 —GnXp。
[0098]具有循环对称高斯分布的均值μ ,和协方差σ〗的复数随机变量X的概率密度写作.ΧΝ、μχ，σΙ)。
[0099]本发明的传送按照具有在图2中示出的拓扑的MS-MR系统得以实现。这种拓扑是这样的:信源、节点SiQ e {I,...,N})广播它们的经编码的信息序列以便引起中继RjU e {I,...,M})以及目的地D的注意；典型地，信源是设法通过中继的帮助到达相同的基站的用户终端。每个中继对从信源S1至Sn接收到的信号进行解码并且在添加其自身的冗余的同时连带地对经解码的序列进行重新编码以便创建网络码。在目的地D处，通过信道解码算法以及网络解码算法对包含直接从N个信源接收的码序列以及来自M个中继的码序列的空间分布的码序列进行解码。
[0100]本发明使用如图3a和3b所示的具有新的半正交传送协议的中继以提高传送的频谱效率，同时使得能够在目的地进行简单有效的解码。图3a示出传送的第一阶段，在此期间，只有信源同时地向中继和目的地进行传送。在该阶段期间，中继是不活动的。图3b示出传送的第二阶段，在此期间，信源是不活动的并且中继同时地向目的地进行传送。
[0101]这样，本发明的方法I如图4所示。
[0102]对于传送信道没有约束；其可能遭受快速衰落，其中，使用矩阵的系数表示每次传送信道改变时使用的信道，或者其可能具有慢速B块衰落，其中，系数在信道的N/B次连续使用(块)过程中保持不变但是随着块的不同而变化，并且信道可以是所选择的频率，并且其可以是MIMO信道。在下面的说明中采用的记号对应于慢速I块衰落信道，亦即，准静态的信道。
[0103]在下面的说明中，假设节点(信源、中继以及目的地)完全同步并且信源是独立的(它们之间没有相关性)。
[0104]半正交传送协议是这样的，在被安排为两个阶段的信道的Nuse次使用的期间进行向目的地的信息传送:在第一阶段中，在信道的a Nuse = Chuse次使用期间信源进行传送；在第二阶段中，在信道的(1-α)Ν.= Chusrfi次使用期间中继进行传送。
[0105]在本发明的第一方面中，通过系统的中继Rj实施传送信号的半正交传送方法I。
[0106]信源数据块€ if是长度为K的消息矢量，其中，分量在整数阶数q的有限域Fq中取得它们的值。
[0107]在统计上独立的信源Si实施信息数据Ui的信道编码，同时为了检验消息完整性，将循环冗余校验(CRC)添加到系统部分。具有个传送天线的信源Si使用使每个块Ui都与属于基数为I尤| = ()的复数丛集(compl ex constellat1ns) Xi 的经编码并调制的符号Xi e X^chuse相关联的在Fq(例如，二进制域F2或者四元有限域F4)上定义的空时调制及编码方案?i。Fq的符号具有包含In2 (q)个比特的二进制表示。如果比率
W.si = 是整数，则其表示调制所携带的Fq的符号的数量。函数Oi可以描述为下面的通用形式:(?: P1- Jtfs.I11.**。编码器ENCi实施信道编码以及空时编码。
[0108]在传送的第一阶段期间，信源传送N个符号
[0109]每个中继&具有巧;个接收天线以及个传送天线。在传送的第一阶段期间，每个中继接收通过信源至中继的信道传送的N个信源信号的扰乱版本。由MIMO信道的系数的集合表示信源Si与中继&之间的信道:中继&在瞬间k接收的信号表示为下面的形式:
[0110]yHj,* —* Σι=? IIjni=O 好Si Rf,k,m 夏i,k-m + 露λ,身.k € f I,,., Chuse]
/Vft
[0111]其中，--jAeC j表示在瞬间k时在中继Rj处的附加噪声矢量，Lm表示信道的存储器。信道的存储器效应与传播延时展开相关联。该延时使传送的信号叠加，从而引起符号间干扰。
[0112]目的地具有Nd个接收天线。然后，在传送的第一阶段期间，目的地接收由信源至目的地的信道传送的N个信源信号的扰乱版本。设JTgll是与N个信源至目的地的信道相关联的衰落系数的矩阵。在传送的第一阶段期间由目的地接收的信号写作:
N
[0113]Ft難=$ 2 ?Mjh+ %難 A 6 {It CAtiseJ
1=1 IM=O
[0114]其中，ecw?表示在瞬间k在目的地处在传送的第一阶段期间的附加噪声矢量。
[0115]每个中继&具有多用户迭代式联合检测器及解码器，用于实施以迭代的方式对在第一阶段期间接收的信号实施联合检测及解码2以便从每个信源糸€ 得到估计的信号矢量的涡轮多用户检测或者“涡轮-MUD”。这种联合处理依赖于观测代表所有由于信道而失真的信源消息的接收信号并且依赖于对来自每个信源的信道码进行的软输入及输出解码。可以在一定数量的迭代之后得到关于由每个信源传送的消息的估计，迭代的数量可以设置。
[0116]然后，中继&并行地使用CRC检测器以便根据消息的冗余部分检测3可能在先前估计的消息中出现的任何错误。设Jj C {I,..N}是基数为J的由中继&检测出的没有错误的消息索引的集合。
[0117]并行地，中继&使用大小为K的第一类型的交织器π j只交织J个非错误的消息?.Α € J.
[0118]中继通过网络编码器ENW对交织后的消息应用5函数θ*,，以便得到网络编码的结果:
[0119]Hllj = ΘΛ, i e Jj}) €
[0120]函数θ?,.将交织后的消息线性地组合到维度严格地大于2的有限域中。这种线性运算被称为网络编码。网络码是由中继接收的N个信源消息的线性组合，其可以表示为N维矢量，其中每个分量都非零。通过N维矢量a]= [a" a2,j…aN,/定义与中继&相关联的网络编码。假设该中继检测到只有J个消息没有错误，这些消息的索引包含在集合
I1 Cp,,.,中，则网络编码的结果是线性组合1%,| =。这相当于将索引未包括在集合I中的的矢量4的系数PwU/,归零。因此，能够为每个中继定义有效网络编码，其依赖于不会被检测出没有错误的信源消息。在这种定义中，中继的不传送是在于N维的零矢量中的有效网络码。
[0121]在具有M个中继的系统中，最大分集的阶数是Μ+1。如果在匪个S-R链路以及Μ+Μ个S-D和R-D链路之中的任何M个链路出现断供的情况下，仍然能够恢复来自信源的N个消息(假设与剩余链路相关联的消息被检测出没有错误)，则将具有N个信源和M个中继的系统称为具有最大分集。ST= [InG]是系统生成矩阵，其中，IN是N维的单位矩阵，G表示中继的有效网络码的M个矢量。可以通过在将域的阶数选择为严格地大于2之后以独立的方式随机地抽取矢量的分量来确定网络码的矢量aj= La1,j a2,j…&Ν,」]Τ。在抽取之后，需要检验已经达到了最大分集。这使得需要考虑MN个S-R链路中的Q个断供的所有配置，Qe {0，1，...，Μ}，并且确保系统生成矩阵T = [InG]满足下面的条件:在从矩阵T中消除M-Q列之后，剩余的N+Q列具有拥有不小于N的秩这一属性。应当注意到，其足以测试Q =O的情况(在MN个信源目的地信道中没有断供)，据此在数学上推导出了其他条件的有效性。
[0122]来自信源的经信道编码的消息以及由中继交织然后使用函数对其进行了信道编码的对应的消息形成了分布式涡轮码。交织使目的地能够基于从信源以及中继接收的信号实施迭代式联合信道/网络解码。当J = I时，该线性运算相当于单位矩阵。
[0123]中继对从网络编码得到的信号进行整形6、7以便得到信号:Xli €典型
*O
T1 _ Λ (Il ,,
地，整形包含空时调制及编码的运算。由中继的天线传送整形器信号Xllj € C''......中继
Rj通过带内控制信号(例如，在于控制比特)向目的地D通知在网络编码中涉及的J个消息。代替地，中继可以指示哪个消息被检测出具有错误。
[0124]在该半正交协议的第二阶段，中继同时传送以便通过相同的无线电资源对信道进行相同数量的使用Chusdi，并且信源是不活动的。中继同时传送的信号在目的地处产生干扰。设WvA C是M个中继至目的地的信道的系数的矩阵。在第二阶段期间，在目的地接收的信号写作如下:
M
[0125]Hμ§ΒΜμ+ 露2軸 k € {l,, * t
/-1
mr
[0126]其中，n.1ak € C' 是在瞬间k时在目的地处在传送的第二阶段期间的附加噪声。
[0127]目的地观测到在传送的第一阶段期间由信源传送的符号与随后在第二阶段期间由中继传送的符号的叠加。在传送的第二阶段结束时，目的地具有提供给它的直接来自信源的信号以及来自中继的信号。然后，目的地可以继续进行联合信道网络解码以便恢复信源信号:接收的信号中的U1……％。
[0128]在二进制域中或者根据网络编码定义的域中定义在信源以及中继处的空时调制及编码方案，亦即，对它们进行解码提供了关于在二进制域中或者在与网络编码相关联的域中的来自信源的消息的表示的概率信息。
[0129]基于具有两个信源和两个中继的半正交MS-MR系统的具体实施例详细地给出关于本发明的说明。每个信源都具有传送天线，每个中继都具有接收天线和传送天线，并且目的地具有接收天线。
[0130]在本发明的第一实施例中，在二进制域中定义在信源以及中继处的调制及信道编码。在图5中示出了实施例。在信源以及中继处的调制及编码方案基于与使用二进制交织以及比特到符号格雷(Gray)编码(调制)的级联二进制信道编码(定义在二进制域中)相对应的比特交织编码调制(BICM)类型的方案。优选地，信道编码是系统类型的，例如，编码器基于可能与删余(puncturing)相关联的递归系统卷积(RSC)码。
[0131]每个信源SiQ = I或2)都具有编码器ENCci，用于对消息实施信道编码以便传送。
将消息Ui e 编码为矢量Ci € If1，其中，f是与信源Si相关联的编码器的编码率。使用二进制交织器Hdli对码字Ci进行交织。需要交织器以便通过减少连续码值之间的相关性来确保经编码的值之间的独立性。交织器的输出对应于矩阵6 Zfwxsi
O
[0132]使用作为调制的阶数，通过调制器MODi将交织后的字调制到序列Xi € Ccftmg中；通过下面的双射函数实施标记:#1: F/1 — Ii。设
HkJ = Φ?ΗχιΜ )是对应于调制后的符号Xi,k的第I个比特(对应于信源i的比特Ivi,
k，1:1 I，***? S^} ) ο
[0133]每个中继1^(」=I或2)都包含:具有与信源Si同样多的输出的迭代式联合检测器及解码器(或者涡轮MUD) JDDj、针对联合检测器及解码器的每个输出的错误检测器CRCp在每个错误检测器CRCji之后的交织器Jij1、连接到交织器Jiji的输出的代数网络编码器CRj以及在代数网络编码器的输出处的整形器模块MCSj。在该实施例中，每个中继还在网络编码的输入处具有与信源同样多的二进制至代数转换器CBAji以及在网络编码的输出处具有代数到二进制转换器CABj。
[0134]每个迭代式联合检测器及解码器JDDj联合地检测并解码由信源同时传送的消息。其在图6中示出。其包含:联合检测器MAPD-E、与每个信源相对应的两个解码器DecSpDecS2、解码器的输出与检测器的输入之间的两个交织器Jidi2以及检测器的输出与解码器的输入之间的两个解交织器。交织器与在信源中使用的那些是相同类型的。解交织器是交织器的逆。中继Rj接收由来自两个信源Si的信号之间的干扰产生的信号yRj上:
[0135]= h1R) xtM + AK| X2tfc + FIljfk , k E {I,.,,ChusJ
[0136]其中，n%,*是具有分布的附加噪声，%%是信源Si与中继Rj之间的信道的系数。基于最大后验标准的联合检测器MAPD-E(或者多用户检测器(MUD))接收信号yi^/c，并且与解码器DecS^ DecS2之间交换信息，从而从每个信源提取信息六、
对所检测的比特以及经解码的比特应用该交换。在每次迭代时，解码器接收经编码的比特{L(Ci)}的内在对数似然比(LLR)作为输入，并且交付关于经编码的比特Ci的外在LLR{E(Ci)}。在重新交织之后，在检测器的输入处将外在LLR{E(Vi)}用作先验LLR。当对消息完全解码时或者在一定数量的迭代(其数量可以设置)之后停止迭代。
[0137]在图7中示出联合解码器MAPD-E。多用户检测器实现下面的等式:
八(V|,W) = 1ij —4--j^r-1
\ p = O /
_]
,Σ?εΛι#-/(α)=ι,ΜΛ pi,* = OtXiik^bj酬鎔 log-j---—……,,',…丨巾_------------
[0139]其中(i，j) ^ {1，2}2，使得 i 关 j 并且:
fi^iiC Ijii)
辦=^ Φ^Ηα) E(viM.)
[。14。] * iS,l)
蘭=X #~f'W Ε(ρβΜ.)
j _.I
*■**!>
[0141]其中，)是由对应于信源Si的解码器提供的比特的外在信息，在标记中的第I’个比特对应于符号
1 O
[0142]然后，将联合检测器的输出描述为=L(Vi)= A(Fi) - f(F!.)，其中，A(Vi)
是关于比特Vi的对数后验概率比(LAPPR)，E(Vi)是该比特的来自与信源Si相关联的解码器的外在信息。
[0143]在图8中示出解码器DecSit5其是具有软输入和软输出的例如BCJR类型[2]的解码器。下面给出描述在该解码器处的软信息交换的特征的等式:
[0144]I(Ci) = A(Ci) - L(Ci)
[0145]其中，A(Q)是对应于码字Ci的经编码的比特的LLR，L(Ci)是关于所述比特的先验信息，提供给检测器的E(Ci)是关于该经编码的比特的外在信息。
[0146]错误检测器CRCji检测错误，以便只选择已经被无错误地解码的那些信息。当在信源处存在系统编码时，所选择的无错消息的内容对应于被检测出没有错误的码字的系统比特。
[0147]在二进制域中定义交织器π ji，假设方法实现联合网络-信道编码，则它们对于指定的中继是相同的。交织器π Ji交织来自信源Si的被检测出没有错误的对应于它们各自的码字的系统比特的消息，从而能够创建分布式的涡轮码。
[0148]二进制到代数变换器CBAji将数量n = In2 (q)的比特(其中，q是等于该域的基数的2的幂，In2是底数为2的对数)与通过网络编码定义的该域的元素相关联。因此，在四元伽罗瓦域F4的示例中，转换器依赖于下面的双射函数:
[0149]s:{0，1} X {0，1} — F4
[0150]其与F4的符号q = s(b1； b2)的两个比特(Id1, b2)相关联。
[0151]该函数及其逆给出了 F4的元素的二进制表示。以下，使用如下记号:对于q =
s(b1； b2)，bt = Sf1Cfl)并且 = Si1Iq) o
[0152]在图5中用带有十字的方形表示的网络编码器CRj在域F4中实施来自两个信源的被检测出没有错误的、交织后的并且被转换成代数形式的消息的线性组合。中继R1和R2的网络编码矢量分别是[1，1]7和[1，2]τ。由矢量[1，1]τ和[1，2]τ定义的网络编码[n，m]τ实施运算n.Ui+m.u2。由独立的等式UfU1和七+2.U2形成的系统在F4中是可逆的，因此在S1到D以及S2到D的链路上出现断供的情况下能够取回消息U1和u2。
[0153]代数到二进制转换器将有限域的元素变换成其二进制表示，它们实现了作为s的逆的函数。
[0154]整形器模块MCSj实施调制及编码方案，例如，其可以是比特交织编码及调制(BICM)类型的，并且对应于级联二进制信道编码(定义在二进制域中)、二进制交织器以及比特到符号格雷编码(调制器)。在中继处的二进制信道编码例如基于递归系统码(RSC)。
编码比特的矢量写作:cR, € 。
[0155]在具体的实现方式中，信道编码之后跟随着删余运算Ω，其在于只保留确定奇偶性的比特的递归系统编码器。在这种情况下，总体效率等于，
K.°
[0156]经编码及交织的序列写作:Vri € F2CW'比特到符号编码描述为# ^ 其中，I/表示在调制的阶数为2%j的情况下得到的符号的丛集。
[0157]由中继Rj传送的信号写作:XRi e Ccft咖'
[0158]当中继具有多个传送天线时，整形可以例如是空时比特交织编码及调制(ST-BICM)类型的。
[0159]在本发明的第二实施例中，在由网络编码定义的域中定义在信源以及中继处的空时调制及编码方案。在图9中示出具体的实现方式。在该第二实现方式中，通过由网络编码定义的域，亦即根据在该域中的来自信源的消息的表示，直接定义在信源以及中继处实现的调制及编码方案。中继不具有二进制到代数转换器以及代数到二进制转换器，并且所示的整形器模块MCSj对应于涉及进行删余的具体实现方式Ω j，除此之外，在图9中示出的示例与图5的相同。
[0160]调制及编码方案基于符号交织编码调制(SICM)类型的方案并且对应于在域F4中定义的级联信道编码ECCj、在F4上定义的符号交织器(非二进制)以及对F4的符号的二进制表示实施格雷比特到符号编码运算的调制器Modj。关于在& =4为整数时的情况说明该示例。这样，来自信源i的经调制的符号携带所考虑的域的Si个符号，亦即，可以将调制器视为双射函数#1: Zf - ?。
[0161]中继实施的检测及解码以与上述对应于在图5至8中示出的二进制实施方式的示例相类似的方式进行。差异来自如下事实:检测器与解码器之间交换的信息现在是以矢量的形式。检测及解码运算的线性意味着其等同于对这些矢量的每个分量应用与关于二制实现方式所述的那些运算相同的运算。
[0162]多用户检测器实现下面的等式:
J — ιυδ I T —————— I
\ P (1;ι.λι = O IJtiJ I
[0163]
,^a^-Xr4\ι (°)-^ΜχI P ⑷ 1? = af Xjtk = b j e 觀+ 獅
ftS 1S.............................................................................................................................丨………丨..................................................-.......................)..................ΠΤ…1......................................................................η-____________
(α)=0,1ι€ιj ^ (?/! = a* xf,k = ■& ) e《⑷
[0164]其中(i，j) ^ {1，2}2使得i关j并且:
(^g4 (i^D
辦=^ φ~!(α)Ε (vitkf)
[0165], 1'.},、
吨4 \Χ)?
ξΦ) = [
\I # 'I
t —* A
[0166]E (Viika,)是由对应于信源Si的解码器提供的外在信息，其涉及与值4--?相关的作为在对应于符号《“的标记中的第I’个比特的比特ViH。然后，来自检测器的输出写作:L(Vi)= A(Fi) - ￡(h)，其中，A(Fi)是字Vi的LAPPR，E(Vi)是来自与信源Si相关联的解码器的这个字的外在信息。以与参考图8所述的方式相类似的方式进行解码。
[0167]图10示出本发明的目的地接收器。基本包含两个阶段:检测阶段，继之以解码阶段。
[0168]检测阶段实施多用户迭代检测以分别通过两个检测器MAPD-EI以及MAPD-EII检测在协议的第一阶段期间直接来自信源的消息以及在协议的第二阶段期间来自中继的消息。两个检测器提供关于所检测到的分别来自信源和中继的消息的软信息。
[0169]解码阶段用于基于先验地取得并且来自检测阶段的软信息对分别来自信源和中继的消息进行解码。通过与信源同样多的软解码器Siso(软输入软输出)以及与代数网络编码器同样多(从而与中继同样多)的代数解码器SISO algj实施解码。解码器SIS01、SIS02以及解码器SISO AlgUSISO Alg2基于分别在信源中以及在中继中实现的码。
[0170]与信源相关联的软解码器以彼此完全相同的方式进行运作。它们的运作与参考图8所述的解码器的类似。图10示出检测器MAPD-EI的输出与软解码器SIS01、SIS02中的每一个之间的多路复用器，其使得系统部分能够与该码的奇偶部分区分开，而在图8中，解码器的单一输入隐式地包括两个部分。与图8的解码器相比，差异来自于考虑由与中继相关联的代数解码器提供的奇偶信息。
[0171]解码器向检测器提供关于经解码的符号的软信息。在与信源相关联的解码器和与中继相关联的代数解码器之间进行软信息的迭代交换，从而引起联合的迭代式网络信道解码。
[0172]在每一次迭代时，两个检测器产生关于来自信源以及中继的经编码的位的LAPPR。SISO解码器接受经编码的位的这些内在对数似然比L(C1)、L(C2)、L(crJ以及L(Ch2)，并且交付关于经编码的位的外在对数似然比E (C1)、E (c2)、￡(?)以及1(1?)。
[0173]对应于由信源i传送的序列的系统比特和奇偶比特的软信息写作Lsi和Lpit5SLsiw是由中继&为来自信源Si的系统比特提供的软信息。对应的外在信息写作ES1、Ep1、ESiKj。
[0174]解码器SISO Algj是具有软输入及输出的解码器，其合并与所考虑的中继Rj的网络编码的线性变换相对应的逻辑(代数)运算。
[0175]图11是在域F4中实施所有传送时(亦即，在图9中示出的第二种实现方式中，其中信道编码是代数类型的)的SISO解码器Algj的实施例的简图。在示出的示例中，网络编码对应于实施线性组合uK = Ui+2.U2的中继Rj = R2的网络编码。在？4中表示的来自信源U1和U2的消息在中继处被检测出没有错误，因此uK = Ul+2.U2被包含在在由中继R2传送的奇偶比特中。对应于所考虑的中继的带有软输入和输出的解码器SISO Alg2接收来自中继Lpk
的关于奇偶符号(由于穿孔，中继只传送奇偶比特)的先验信息以及为= nes,+ ΠLsi和E1s2 = Π + Il Lh的关于来自两个信源U1和U2的符号的先验信息(包括在来自信源的码字的系统部分中)作为输入。关于来自两个信源的符号的该先验信息尽和用于在中继的信道编码的输入处使用由在图11中的运算器1，2Σ建模的关系来计算关于系统符号的先验信息:
[0176]E SE, k — 1,2, k (E SI，E S2)
[0177]其中，ke F4 = {0,1,2,3}表示关系 Uk =屮+2.u2。设 E' SK 是集合{E, SEjk:k =
0,1,2,3,4} 0根据(四个分量)矢量E'⑶和Lpk，解码器输出关于来自所考虑的中继R2的奇偶符号Epk2的以及关于来自如下两个信源的系统符号的外在信息:ESiK2，其与由图11中的运算器1，2Σ和3，3Σ建模的如下关系相关联:
[0178]表不U1 — ur+2.U2 的 Esir2 — (Σ 1j2jk (Ese, E S2)) k = {0,1,2,3}以及
[0179]表不U2 — S-Ui^-UJAEs2r2 — ( Σ 3,3, k (ESR，E si)) k = {0,1,2,3}。
[0180]图12是用于二进制信道编码(亦即，如图5中示出的第一实施例)的SISO解码器Algj的实施例的简图。运算根据与上述的对应于代数传送的在图11中示出的SISO解码器Algj的原理相同的原理。差异来自添加了在运算器Σ的输入处的二进制到代数转换器CBA(比特到符号)以及在运算器1，2Σ、2，1Σ和3，3Σ的输出处的代数到二进制转换器CAB (符号到比特)。二进制到代数转换器作用于来自信源的外在信息以便保留在二进制级别的信道解码。LLR和外在信息在二进制域中。设u = s(ui，u2)是？4的元素，设q e F4,
并且设A4J(W) = log (^rf)与值q相对应的u的LLR0比特到符号转换器CBA实施在于确定知道比特(Ui) i e {1,2}的LLR的符号u的LLR的运算:
[0181]V Cf E F.hq{u) =1 ?Φ Λ(ιι!)
[0182]其中，A(Iii)= log
[0183]在运算器1，2Σ、2，1Σ和3，3Σ的输出处，符号到比特转换器CAB实施在于确定与符号u的每个比特相关联的两个LLR的运算:
_4] A(Hi) = log■匕砸 ^ € {U}
[0185]所示的解码器对应于仅传送奇偶比特并且对系统比特进行删余的中继。
[0186]图12的BCJR解码器如同图11的一样，如同对相关联的信道编码那样地运作在二元有限域上。只有二进制到代数、代数到二进制转换器以及运算器Σ运作在域F4中。
[0187]以下关于对应于在中继处对系统比特进行删余的中继的实施例的特殊情况，说明本发明的接收器的基本布置。
[0188]I/检测器MAPD-EI接收分别来自两个信源的系统及奇偶比特的经多路复用的外在信息作为输入。因此，其接收E1= [&\ + 11F1 eS1R1 + n2lEStR2 , eP1 ]和
E9= [‘s2++ Π2 1 Es2R2 f馬J2 ]。作为输出，其提供从两个信源[1?, Ip1]
和[1?* lPi ]接收的比特序列中的每一个的LLRo
[0189]2/解码器MAPD-EII接收关于来自两个中继EpK1和EpK2的奇偶比特的外在信息作为输入。其输出这些序列Lpki和Lpk2的LLR。
[0190]3/解码器SISOl和SIS02接收分别来自检测器的来自相关联的两个信源的各自的系统和奇偶比特的LLR以及来自代数解码器SISO Algl和SISO Alg2的它们各自的系统比特的外在信息作为输入。该外在信息构成关于来自两个信源的系统比特的先验信息。因此，SISOl接收来自检测器MAPD-EI的和、，并且其接收Esa +作为关于系统比特的先验信息。其计算LLR: Asi和Api，并且根据它们以及￡^和1^:推导作为输出来交付的外在信息乾和fp,。SIS02与SISOl是对称的。
[0191]4/然后启动SISO Algl0其接收由两个信道解码器SISOl和SIS02提供的来自信源S1和S2的系统比特的外在信息以及由解码器SISO Alg2在前述的迭代时计算的外在信息IIi (I5t+町1Isis2Ppn1 ( Egi +作为输入。其还接收关于由多用户检测器MAPD-EI产生的系统比特的先验信息Fl1.LSim ni.iS2作为输入。其还接收由检测器MAPD-EII提供的来自第一中继R1的奇偶比特的LLR LpK1作为输入。解码器输出关于来自中继R1的奇偶比特的外在信息Epki以及关于来自信源S1和S2的系统比特的外在信息.,?和。解码器SISO Alg2和SISO Algl在它们的运作上是对称的，但是它们中的每一个都包含针对它们各自的代数运算的解码器。由解码器SIS0Alg2提供关于中继R2的奇偶比特的外在信息IpR2以及关于来自信源S1和S2的系统比特的外在信息Is11R2和*，从而终止第一迭代。
[0192]回到检测步I/标志着接下来的迭代的开始。
[0193]在迭代过程结束时，该方法从解码器以及检测器的输出首先得到
Lgt + ^sl + ^s1B1 + O21E5tUz ? O以便继续进行关于的决策，其次得到
+ U ^s2R1 + n^1I5zji2 $ G以便继续进行关于M2的决策。符号髮表示如果输出是正的，则决策为M1或狂2为I,如果输出是负的,则决策为！^或!^为O。
[0194]下面的示例用于例示目的地接收器如何使用由中继带内传送的信息。该信息指出哪些消息被中继检测出没有错误。基于该消息，接收器断开或者不断开与信源相关联的SISO解码器的代数解码器，或者其停用代数解码器。
[0195]在图13所示的第一示例中:两个中继之一，即中继R2，发送唯一的信源信号，即信号u2。在这种情况下，对应于中继R2的代数SISO解码器SIS0alg2从非编码的信源S1的SISO解码器SISOl断开。
[0196]在图14中示出第二种情况:每个中继RpR2仅发送一个信源信号。然后SISOi从解码器SISO Algj断开，其中，i是未由中继Rj编码的信源Si的索引。
[0197]在图15中示出第三种情况:两个中继之一，即中继R1，不发送任何信源信号。在这种情况下，停用对应于中继R1的代数SISO解码器SISO algl。
[0198]附录A
[0199]八.1域卩4
[0200]在该域的元素的原点处的本原多项式是X2+X+l。设α和α 2是该多项式的两个根，并且分别使用记号O和I作为分别针对该域的加法和乘法的中性元素。对这些元素使用十进制的记号:{0，I, 2，3}，其中2和3分别表示α和α 2。
[0201]
(+) I O I I ? 2 ΓΤ^ [ΤχΓΓο Τ_ΠΤ.? 3—
I) δ^ ^i^ ^2^ ^T~ ^ I) ο—IF
I Γ^ο^Ι"一^F— h^ΠΓ * ι 2了―—
jwI^ΛI^^I
223012 0 2 3 1
了—.jn—.丁
ι
[0202]表1:a)关于F4的加法表b)关于的F4的乘法表
[0203]设X1' X2和y是F4的三个元素,使得％+2.x2 = y。由下式给出使得能够确定X1和X2的变换:
(X1 ~ V + 2.X2
[0204]1- ,ι
I %2 — 3.y + 3.X1
[0205]记号Sn,m, i用于作为由n.k+m.1 = i给出的等式的解的F4的对(k，I)的集合。
[0206]因此:
[0207]Snjmj j = {(k, I) e (F4)2, n.k+m.1 = i}
[0208]记号用于由下式定义的函数:
[0209]
m* κ m4 ^ ι
[0210]f?.w ? ^€Snm,Exp(xk+ y{)\
C8 K^ikmsnm,, ^xpixk + yd)
[0211]A.2代数量
[0212]A.2.1.LLR
[0213]LLR是涉及两个符号的似然比或者概率比的对数。
[0214]在二进制版本中，比特u可以是I或者O。这样的比率由标量给出:
(P(u = 1)\
[0215]Uf = 1g ^^rr
\P{u = 0)/
[0216]并且其正负号以唯一的方式定义关于比特U的硬决策。
[0217]在代数版本中，例如在F4中，符号u可以具有四个不同的值。标量LLR无法以唯一的方式指定符号U。因此引入按照如下定义的大小为4的矢量LLR:
/ P(u = q)\
[0218]V g € F4 , LLRq (u) = log I—-—d
[0219]第一分量为0，因为将U = O视为参考事件，相对其计算其他事件的似然度。
[0220]A.2.2.LAPPR
[0221]对数后验概率比(LAPPR)是一种形式的LLR，其对典型地由所接收的序列提供的“侧信息”是“有条件的”。
[0222]在二进制版本中，LAPPR定义为:
fP(u = I )\
[。223] LAPPR = ^{j^l^}
[0224] 在代数版本中，例如在？4中，使用按照如下定义的大小为4的矢量LAPPR:
(ρ(^ = ο I V )\......0........1........y........))
[0226][1]M.Xiao、M.Skoglund，“Design of Network Codes for Multiple UsersMultiple Relays Wireless Networks”，IEEE Internat1nal Symposium on Informat1nTheory，2009 年。
[0227][2]L.Bahl、J.Cocke、F.Jelinek 和 J.Raviv，"Optimal Decoding of LinearCodes for minimizing symbol error rate〃， IEEE Transact1ns on Informat1nTheory,卷 IT20 (2)，第 284-287 页，1974 年 3 月。
【权利要求】
1.一种在具有N个信源(S1、S2、……^丨^个中继況、!^、……、RM)Rj和单一接收器(D)的系统中使用的信号的半正交传送的方法(1)，其中j = I到M，其中，所述中继通过共同的频谱资源进行的同时传送与所述信源通过相同的频谱资源进行的同时传送相继地且不同时地进行，对于每个中继&，该方法包含: 对由所述信源分别传送的消息(Upl^……、uN)进行迭代式联合检测及解码以得到经解码的消息的步骤2; 检测所述经解码的消息(Ul、U2、……、％)中的错误的步骤3; 只交织检测出没有错误的消息的步骤4，随后进行矢量aj= La1,j a2,j…aN,j]T的代数网络编码的步骤5，该步骤5在于将交织后的消息在阶数严格地大于2的有限域中进行线性组合以得到经编码的消息，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及 进行整形的步骤6，包含进行信道编码以产生表示经网络编码的消息的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括对指定被检测出没有错误的消息的表示为给信号接收器(D)的代表信号的控制信号进行整形的步骤7。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道编码是系统的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述信道编码是二进制的，并且还包含: 在交织步骤与代数编码步骤之间的二进制到符号转换的步骤；以及 在代数网络编码步骤之后的符号到二进制转换的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，阶数严格地大于2的有限域是阶数为4的伽罗瓦域。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，检测错误的步骤通过使用与信源传送的消息相关联的循环类型的冗余信息来实施。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代式联合检测及解码的步骤联合地实施多用户检测以及软输入和软输出解码。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代式联合检测及解码步骤实现空时解码。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，进行整形的步骤包含对消息在传送之前进行调制并且在信道编码和所述调制之间进行交织。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，G表示所述中继的M个网络编码矢量的矩阵，T表示系统生成矩阵T = [InG]，其中In是N维的单位矩阵，其中，所述网络编码矢量的分量通过独立的随机抽取来确定，从而达到系统的最大分集。
11.一种在数据介质上的计算机程序，所述程序包括适于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法的程序指令，当所述程序被载入并且由用于具有N个信源(SpS2>......、SN)、M个中继(RpRy......、Rm)以及单一接收器⑶的系统的中继执行时，所述中继用于实现所述传送方法。
12.一种包括适于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法的程序指令的数据介质，当所述程序被载入并且由用于具有N个信源(&、S2、……、SN)、M个中继OVR2、……、Rm)以及单一接收器(D)的系统的中继执行时，所述中继用于实现所述传送方法。
13.一种用于具有N个信源(S1、S2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、Rm)以及单一接收器(D)的半正交系统的用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的半正交传送方法的中继(R)，该中继包含: 用于进行迭代式联合检测及解码以分离来自所述信源的流并且为每个流确定代表由信源传送的码字的消息的部件(JDDj)； 用于检测错误的部件(CRCji)； 用于只交织被检测出没有错误的那些消息的交织部件(nji); 用于矢量aj= La1,j a2,j…aN,j]T的代数网络编码的部件(CRj)，其在于在阶数严格地大于2的有限域中将交织后的消息进行线性组合，所述线性组合在所述系统的中继之间是成对地独立的；以及 用于进行整形的部件(MCSj)，包含对来自网络编码的消息进行信道编码以产生代表经网络编码的消息的信号。
14.一种具有N个信源(SpS2、……、SN)、M个中继(R1、R2、……、Rm)以及单一半正交接收器(D)的系统(SYS)，其中，所述中继是根据权利要求13所述的中继。
15.一种用于具有N个信源(SpS2、……、SN)和M个中继(R1、R2、……、RU)的半正交系统的接收器(D)的接收方法，所述系统用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法，所述接收方法以迭代的方式包含: 第一多用户检测步骤，检测由所述各个信源同时传送的经编码的消息(+、％、……、uN)以得到关于由所述信源编码的各个消息的软信息(Ucsi))； 第二多用户检测步骤，检测分别由所述中继传送的经编码的消息(Upl^……、uN)以得到关于由所述中继编码的消息的软信息(Ucw))； 第一步骤，并行地对分别由所述N个信源编码的N个消息进行软信道解码；以及 第二步骤，在关于由所述中继检测出没有错误的消息的信息的控制下级联地对分别由所述M个中继编码的M个信息进行算法软网络解码； 对N个消息进行软信道解码的第一步骤使用来自所述第一检测步骤的软信息(L(Csi))作为先验信息，以便提供关于在所述第二步骤的代数软网络解码中解码的M个消息的软信息(Esi)； 对M个消息进行软网络解码的第二步骤使用来自所述第一和第二检测步骤的软信息(L(cSi))和(L(cKj)))作为先验信息，以通过向所述第二检测步骤供给关于经解码的消息的软信息来做出响应； 对N个消息进行软信道解码的第一步骤以及对M个消息进行软网络解码的第二步骤向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下进行。
16.一种用于具有N个信源(SpS2、……、SN)和M个中继(R1、R2、……、RU)的半正交系统的接收器(D)，所述系统用于实现根据权利要求1至10的任一项所述的传送方法，所述接收器包含: 第一检测部件(MAPD-DI)，用于多用户联合检测以分离在传送的第一阶段期间分别来自所述N个信源的经编码的消息的同时流并且产生关于所述经编码的消息的软信息； 第二检测部件(MAPD-DII)，用于多用户联合检测以分离在传送的第二阶段期间分别来自所述M个中继的经编码的消息的同时流并且产生关于分别来自所述中继的经编码的消息的软信息； 与信源同样多的并行的软解码器(SISOi)，用于对分别由所述信源编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一检测部件(MAPD-DI)的软信息(L(Csi))作为先验信息，并且产生关于经解码的消息的软信息(Esi)； 与中继同样多的以级联方式运作的软代数解码器(SISO Algj)，用于对分别由所述中继编码的消息进行软解码，同时使用来自所述第一及第二检测部件(MAPD-D1、MAPD-DII)的软信息(Ucsi))和(L(cKj)))作为先验信息，并且通过向所述第二检测部件供给关于经解码的消息的软信息来做出响应； 所述N个软信道解码器和所述M个软代数解码器向彼此相互供给外在信息，该相互供给在来自所述中继的标识哪个消息被所述中继检测出没有错误的信息的控制下进行；决策制定部件，用于所述信道解码器以得到关于分别来自所述信源的消息的估计。
【文档编号】H04L5/00GK104137464SQ201280070341
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月21日
【发明者】M.贝纳玛, A.哈特费, R.维索兹 申请人:奥林奇公司
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