專利名稱：采用分布式mimo和網(wǎng)絡編碼技術的無線傳輸方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡傳輸領域，涉及一種同時采用網(wǎng)絡編碼技術和分布式 M頂0機制的無線傳輸方法，具體是一種利用在采用分布式MIM0機制提高無線 通信網(wǎng)絡帶寬的同時，在中繼節(jié)點采用網(wǎng)絡編碼的技術，使得能夠更有效的利 用網(wǎng)絡帶寬，減少達到傳輸速率要求時無線節(jié)點所需要采用的天線數(shù)目。
技術背景過去的十幾年中，個人通信和移動無線通信得到了極其迅猛的發(fā)展。無線 通信使得數(shù)據(jù)的傳輸變得更加方便、快捷，只要在網(wǎng)絡信號的覆蓋區(qū)內(nèi)，就可 以隨時隨地的進行數(shù)據(jù)傳輸，消除了使用有線網(wǎng)絡引起的地域限制。隨著無線 通信技術的發(fā)展，無線通信在社會經(jīng)濟和人們的日常生活中扮演著越來越重要 的角色，同時人們對通信的質(zhì)量以及信道容量都地出了比以往更高的要求。然 而帶寬的限制，傳播的衰減，信道的時變特性，噪聲干擾以及多徑問題等因素 都制約著無線通信業(yè)務的發(fā)展，使得可靠的高速率無線數(shù)據(jù)傳輸成為一個極具 挑戰(zhàn)性的課題。M頂0(Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出)技術是無線通信 領域智能天線技術的重大突破，該技術利用多根發(fā)送天線和多根接收天線，采 用分集技術獲取空間分集度(發(fā)送分集度和接收分集度)以提高信息傳輸?shù)目煽?性；利用不同收發(fā)天線間的空間信道，采用空間復用技術同時傳輸多個數(shù)據(jù)流 以增加信息傳輸?shù)挠行?。由于各發(fā)送天線同時發(fā)送的信號占用同一頻帶，所 以能在不額外增加帶寬的前提下成倍地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用率，極 大地提高信息傳輸速率和改善信息傳輸性能。網(wǎng)絡編碼(Network coding)的出現(xiàn)使人們對于網(wǎng)絡路由方式有了新的認識，或許有一天將徹底改變了現(xiàn)有的網(wǎng)絡傳輸機制。在網(wǎng)絡編碼的工作方式 中，中繼節(jié)點不再僅僅轉(zhuǎn)發(fā)所收到的信息，而是將其編碼后轉(zhuǎn)發(fā)，這種網(wǎng)絡傳 輸機制能夠在網(wǎng)絡組播的應用中大幅提高網(wǎng)絡帶寬的利用效率。當一個或幾個 節(jié)點同時向若干個其他節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，往往要借助其他節(jié)點的傳遞。在傳統(tǒng) 的網(wǎng)絡中，作為中繼的節(jié)點只能對接收到的信號進行復制、放大和轉(zhuǎn)發(fā)，這對 于網(wǎng)絡資源有時候是一種浪費。網(wǎng)絡編碼技術打破了這種限制，它允許中繼節(jié) 點對接收到的信息進行編碼，并將接收到的多個數(shù)據(jù)包按照某種特定算法重新 組合再發(fā)送出去。如果信源節(jié)點和信宿節(jié)點之間的最小割大于信源信息速率， 那么通過網(wǎng)絡編碼，信宿節(jié)點就可以完全恢復出信源節(jié)點的信息。網(wǎng)絡編碼能夠大幅提高組播時網(wǎng)絡帶寬的利用率，MIM0則能夠使無線網(wǎng) 絡的傳輸速率大幅提高。如果把網(wǎng)絡編碼和分布式M頂0傳輸機制相結(jié)合，將 同時發(fā)揮MIM0和網(wǎng)絡編碼的優(yōu)勢，從而提高無線網(wǎng)絡的信息傳輸速率。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種網(wǎng)絡編碼和分布式MIM0機制相結(jié)合的無線傳輸 方法，該方法以提高無線網(wǎng)絡的帶寬利用率和傳輸可靠性為目標。該方法是一 種新型的無線傳輸方法，它在使用分布式M頂0的無線網(wǎng)絡中引入網(wǎng)絡編碼的 思想，即無線網(wǎng)絡中的中繼節(jié)點和信宿節(jié)點均采用多天線分集接收的方式，使 得信息傳輸可以在較少的時隙內(nèi)完成。而且中繼節(jié)點并不是將收到的信息直接 進行轉(zhuǎn)發(fā)，而是進行網(wǎng)絡編碼之后，再進行發(fā)送。采用網(wǎng)絡編碼可以在組播的 應用環(huán)境下，更有效的利用的網(wǎng)絡帶寬，而且在使用同樣多的時隙的情況下， 可以減少所需要天線數(shù)目。本發(fā)明方法的具體歩驟為信源信息發(fā)送、中繼節(jié)點數(shù)據(jù)接收及譯碼、中繼節(jié)點編碼及數(shù)據(jù)發(fā)送、信宿節(jié)點分集接收及譯碼。具體如下所述的信源信息發(fā)送的方法為各個信源節(jié)點采用當前成熟的無線傳輸方 式，將需要發(fā)送的信息進行信道編碼和調(diào)制之后，以廣播的形式發(fā)送給傳輸范 圍內(nèi)的中繼節(jié)點。由于中繼節(jié)點采用多天線進行接收，可以同時接收多個信源 節(jié)點的信息，所以信源節(jié)點可以同時進行信息發(fā)送。這種傳輸方式類似于采用水平分層的空時編碼的MIM0機制，需要保證接收天線的數(shù)目不大于發(fā)送天線 數(shù)目，因此要根據(jù)網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構和中繼節(jié)點所具有的天線數(shù)目，讓信源節(jié)點 選擇合適的時隙發(fā)送信息，使得中繼節(jié)點接收到的多路信息的數(shù)目不超過其所 使用的天線數(shù)目。所述的中繼節(jié)點數(shù)據(jù)接收及譯碼是中繼節(jié)點采用多根天線將每個時隙內(nèi)收 到的信息譯碼，譯碼采用現(xiàn)有的譯碼分層空時編碼的方法；然后根據(jù)信源節(jié)點 采用的調(diào)制方式對應的解調(diào)方法進行解調(diào)；再根據(jù)信源信息所采用的信道編碼 的方式譯碼，將譯碼的結(jié)果進行存儲。所述中繼節(jié)點編碼及數(shù)據(jù)發(fā)送是中繼節(jié)點將存儲的譯碼信息進行網(wǎng)絡編碼 及分布式的空時編碼后進行發(fā)送，具體步驟為(1) 中繼節(jié)點將譯碼得到的譯碼信息進行網(wǎng)絡編碼，編碼采用分布式的隨 機網(wǎng)絡編碼，或基于全局信息的集中式網(wǎng)絡編碼。(2) 中繼節(jié)點根據(jù)譯碼信息以及網(wǎng)絡編碼后得到的數(shù)據(jù)進行分布式的空時 編碼。進行分布式的空時編碼時可以將不同的中繼節(jié)點網(wǎng)絡編碼之后的信息看 作是分層空時編碼的不同層，采用水平分層空時編碼，也可以根據(jù)具體的場景 設計合適的分布式空時編碼。(3) 中繼節(jié)點采用分布式的MIM0機制將空時編碼后的信息發(fā)送至信宿節(jié) 點。由于正確譯碼空時編碼對發(fā)送天線和接收天線的數(shù)目有一定的要求，所以 中繼節(jié)點也需要根據(jù)其采用的空時編碼的方式、網(wǎng)絡拓撲結(jié)構以及其它中繼節(jié) 點和信宿節(jié)點所具有的天線數(shù)目選擇發(fā)送時隙，使得其它的中繼節(jié)點以及信宿 節(jié)點滿足譯碼空時編碼所需要滿足的發(fā)送天線和接收天線數(shù)目關系的限制下， 將編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。所述的信宿節(jié)點分集接收及譯碼是每個信宿節(jié)點采用多天線分集接收信息，將接收到的信息通過譯碼恢復出完整的原始信息，具體步驟為(1) 信宿節(jié)點根據(jù)中繼節(jié)點所采取空時編碼的方式，使用對應的譯碼方法 對天線陣列所收到的多路信息進行譯碼。譯碼方法為現(xiàn)有的水平分層空時編碼 的譯碼方法或采用的特定的空時編碼所對應的譯碼方法。譯碼結(jié)果即為中繼節(jié) 點進行網(wǎng)絡編碼之后所得到的信息。(2) 信宿節(jié)點利用步驟(1)中的譯碼結(jié)果，根據(jù)中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡編碼時采 用的編碼函數(shù)進行譯碼，恢復出原始信息。中繼節(jié)點所采用的網(wǎng)絡編碼的編碼 函數(shù)可以事先指定，也可以包含在數(shù)據(jù)包的包頭之中。根據(jù)網(wǎng)絡編碼的思想， 該信宿節(jié)點收到的信息網(wǎng)絡編碼譯碼的要求，就能夠恢復出完整的信源信息。本發(fā)明解決了無線網(wǎng)絡中組播通信的問題。當信源節(jié)點和它想要通信的多 個信宿節(jié)點之間無法直接通信時，采用中繼節(jié)點進行信息中繼。當多個信源節(jié) 點都需要組播其信息給信宿節(jié)點時，首先和中繼節(jié)點通過分布式M頂0的機制 進行信息傳輸，中繼節(jié)點使用多個天線同時接收不同信源節(jié)點，接收到的信息 不是簡單得進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而是先采用網(wǎng)絡編碼的方式，將接收到的信息進行 編碼，再進行分布式的空時編碼。中繼節(jié)點和信宿節(jié)點之間的通信，也采用分布式MIM0的機制。多個中繼節(jié)點形成分布式的多個發(fā)送天線，而信宿節(jié)點使用多個天線接收信息。采用這種方式，使得多個信源節(jié)點的信息發(fā)送以及多個 中繼節(jié)點的信息發(fā)送給能夠在較少的時隙內(nèi)完成。而只要信宿節(jié)點將多天線接 收到的信息譯碼之后所得到的信息，滿足網(wǎng)絡編碼譯碼的要求，就可經(jīng)根據(jù)中 繼節(jié)點所采用的網(wǎng)絡編碼函數(shù)譯碼恢復出完整的原始信息。本發(fā)明方法將M頂0機制與網(wǎng)絡編碼相結(jié)合，使得在較少的時隙內(nèi)完成信 息傳遞，同時利用網(wǎng)絡編碼在組播中的優(yōu)勢，減少達到同樣的傳輸速率所需要 的天線數(shù)目。


圖l為本發(fā)明中網(wǎng)絡結(jié)構示意圖；圖2為本發(fā)明中信息傳輸過程的流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明適用于無線環(huán)境下，多個信源節(jié)點和多個信宿節(jié)點通信的場景。如 圖1所示，信源節(jié)點A要發(fā)送al、 a2到信宿節(jié)點C和D，信源節(jié)點B要發(fā)送 bl、 b2到信宿節(jié)點C和D。 C、 D均不在A、 B的傳輸范圍內(nèi)，需要中繼節(jié)點 Ml、 M2、 M3進行信息中繼。Ml、 M2在A的傳輸范圍之內(nèi)，M2、 M3在節(jié)點B的 傳輸范圍之內(nèi)，C在Ml和M2的傳輸范圍之內(nèi)，D在M2和M3的傳輸范圍之 內(nèi)。M2在Ml和M3的傳輸范圍之內(nèi)，但是Ml和M3不在對方的傳輸范圍之 內(nèi)。假定A、 B均使用但天線發(fā)送信息，中繼節(jié)點M1、 M2、 M3均使用兩根天線 接收信息，而信宿節(jié)點C、 D使用四根天線接收信息。并假定每個節(jié)點在使用 單天線的情況下一個時隙內(nèi)最多發(fā)送一個單位數(shù)據(jù)編碼后的信息。'如圖2所示，采用分布式M頂0和網(wǎng)絡編碼技術的無線傳輸方法的具體步驟為(1) 信源信息發(fā)送由于7言源^[^k只有兩個，而每個中繼節(jié)點均使用兩個天線收發(fā)信息，滿足 接收天線不小于發(fā)送天線數(shù)目的要求，所以兩個信源節(jié)點可以同時傳輸信息。時隙1中，信源節(jié)點A把信息al進行信道編碼并調(diào)制之后的結(jié)果發(fā)送到Ml和 M2，同時信源節(jié)點B把信息bl進行信道編碼并調(diào)制之后的結(jié)果發(fā)送到M2和 M3。時隙2中，信源節(jié)點A把信息a2進行信道編碼并調(diào)制之后的結(jié)果發(fā)送到 Ml和M2，同時信源節(jié)點B把信息b2進行信道編碼并調(diào)制之后的結(jié)果發(fā)送到 M2和M3。(2) 中繼節(jié)點數(shù)據(jù)接收及譯碼中繼節(jié)點Ml在時隙1接收A發(fā)送來數(shù)據(jù)，解調(diào)并根據(jù)A的信道編碼方式 譯碼得到信息al，同樣的在時隙2中得到信息a2;中繼節(jié)點M3在時隙1接收 B發(fā)送來數(shù)據(jù)，解調(diào)并根據(jù)B的信道編碼方式譯碼得到信息bl，同樣的在時隙 2中得到信息b2; M2則在時隙1中將兩個接收天線分集接收到的數(shù)據(jù)先根據(jù) 現(xiàn)有的譯碼分層空時編碼的方法譯碼，再根據(jù)信源節(jié)點A、 B所采用的信道糾 錯編碼的方式譯碼，得到al和bl，同樣的將時隙2中接收到的數(shù)據(jù)譯碼得到 a2和b2。中繼節(jié)點Ml、 M2、 M3均將其譯碼得到的信源信息存儲在各自的存儲 器中，以供接下來的編碼過程使用。(3) 中繼節(jié)點編碼及數(shù)據(jù)發(fā)送a. 中繼節(jié)點根據(jù)所選擇的網(wǎng)絡編碼方式，進行網(wǎng)絡編碼，此例中選擇基 于全局信息的集中式網(wǎng)絡編碼方式，并假定信宿節(jié)點事前已經(jīng)知道中繼節(jié)點所 采用的網(wǎng)絡編碼函數(shù)。M2將al異或bl得到xl，將a2異或b2得到x2。b. 此處分布式空時編碼采用最簡單的方式，即采用類似于水平分層的空 時編碼的方式，將al、 a2、 bl、 b2、 xl、 x2看做分層之后的數(shù)據(jù)，只對其進 行信道編碼。c. 由于信宿節(jié)點C、 D均采用四根天線接收信息，節(jié)點C接收到M1和M2 的四根天線發(fā)送的信息，而D接收到M2和M3的四根天線發(fā)送的信息，所以滿 足水平分層空時編碼對發(fā)送天線和接收天線數(shù)目的要求，Ml、 M2、 M3可以在 同一個時隙3中將信息發(fā)送出去。(4) 接收節(jié)點分集接收及譯碼d. 信宿節(jié)點C使用四根天線分集接收信息，并先采用現(xiàn)有的譯碼分層空 時編碼的方法譯碼，再根據(jù)中繼節(jié)點采用的進行信道編碼的進行譯碼得到 al、 a2、 xl、 x2。類似的信宿節(jié)點D得到bl、 b2、 xl、 x2。e. C將xl異或al得到bl， x2異或a2得到b2;同樣的，D將xl異或bl 得到al， x2異或b2得到a2。
權利要求
1、采用分布式MIMO和網(wǎng)絡編碼技術的無線傳輸方法，其特征在于該方法的步驟為信源信息發(fā)送、中繼節(jié)點數(shù)據(jù)接收及譯碼、中繼節(jié)點編碼及數(shù)據(jù)發(fā)送、信宿節(jié)點分集接收及譯碼；所述的信源信息發(fā)送為各個信源節(jié)點采用無線傳輸方式將需要發(fā)送的信息進行信道編碼和調(diào)制后，以廣播的形式發(fā)送給傳輸范圍內(nèi)的中繼節(jié)點；所述的中繼節(jié)點數(shù)據(jù)接收及譯碼是中繼節(jié)點采用多根天線將每個時隙內(nèi)收到的信息進行譯碼，譯碼采用分層空時編碼對應的譯碼方法；然后根據(jù)信源節(jié)點采用的調(diào)制方式對應的解調(diào)方法進行解調(diào)；再根據(jù)信源信息所采用的信道編碼的方式進行譯碼，將譯碼的結(jié)果進行存儲；所述中繼節(jié)點編碼及數(shù)據(jù)發(fā)送是中繼節(jié)點將存儲的譯碼信息進行網(wǎng)絡編碼及分布式的空時編碼后進行發(fā)送，具體步驟為a.中繼節(jié)點將譯碼得到的譯碼信息進行網(wǎng)絡編碼，編碼采用分布式的隨機網(wǎng)絡編碼方法，或基于全局信息的集中式網(wǎng)絡編碼方法；b.中繼節(jié)點根據(jù)譯碼信息以及網(wǎng)絡編碼后得到的數(shù)據(jù)進行分布式的空時編碼；c.中繼節(jié)點采用分布式的MIMO機制將空時編碼后的信息發(fā)送至信宿節(jié)點；所述的信宿節(jié)點分集接收及譯碼是每個信宿節(jié)點采用多天線分集接收信息，將接收到的信息通過譯碼恢復出完整的原始信息，具體步驟為d.信宿節(jié)點根據(jù)中繼節(jié)點所采取空時編碼的方式，使用對應的譯碼方法對天線陣列所收到的多路信息進行譯碼；e.信宿節(jié)點利用譯碼結(jié)果，根據(jù)中繼節(jié)點進行網(wǎng)絡編碼時采用的編碼函數(shù)進行譯碼，恢復出原始信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用分布式MIMO和網(wǎng)絡編碼技術的無線傳輸方法。由于有限的發(fā)射功率和頻譜資源等因素，無線數(shù)據(jù)傳輸不夠達到理想的速率。本發(fā)明方法的具體步驟為信源信息發(fā)送、中繼節(jié)點數(shù)據(jù)接收及譯碼、中繼節(jié)點編碼及數(shù)據(jù)發(fā)送、信宿節(jié)點分集接收及譯碼。當多個信源節(jié)點都需要組播其信息給信宿節(jié)點時，首先和中繼節(jié)點通過分布式MIMO的機制進行信息傳輸，中繼節(jié)點首先采用網(wǎng)絡編碼再進行分布式的空時編碼。中繼節(jié)點和信宿節(jié)點之間的通信也采用分布式MIMO的機制。本發(fā)明方法將MIMO機制與網(wǎng)絡編碼相結(jié)合，使得在較少的時隙內(nèi)完成信息傳遞，同時利用網(wǎng)絡編碼在組播中的優(yōu)勢，減少達到同樣的傳輸速率所需要的天線數(shù)目。
文檔編號H04L1/06GK101316155SQ20081006295
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月14日 優(yōu)先權日2008年7月14日
發(fā)明者匡 王, 政 王, 磊 謝, 趙民建, 陳惠芳 申請人:浙江大學