专利名称：用于无线系统的协同级联编码的制作方法
技术领域：
本公开主题涉及用于无线通信系统的协同级联编码(cooperativeconcatenated coding)0
背景技术：
在传统蜂窝网络中，各移动装置单独与基站通信并且容易受到严重的信道衰落影 响。已使用在时间和频率上的分集技术来提高系统性能，但是常常是以带宽效率为代价。近 来，已改进多天线方案来作为在不牺牲系统带宽的情况下获得空间分集的进一步尝试，然 而，设备尺寸(特别是在移动终端上)大大限制了它们的可行性。基于此，已提出用户协同 (user cooperation)来通过允许不同用户从源到目的地中继消息而获得空间分集。三种通常使用的协同策略是放大-和-转发(AF)、解码-和-转发(DF)以及编码 协同(CC)。与AF和DF相比，CC提供了额外的编码增益。利用CC，中继首先解码所接收的 源消息并且然后在将其向目的地转发之前将其重新编码成不同集合的奇偶校验位。与之相 对，在AF和DF中，在中继的所转发消息中，呈现相同集合的奇偶校验位。本质上，CC利用 功能更强的信道码并且通过经不同分集路径发送奇偶校验位而利用空间分集。虽然，与AF和DF相比，传统CC可以获得额外的编码增益，但是，与其采用相同的 功能强的信道码的非协同对手相比的(性能)提高唯一地依赖于协同用户提供的分集分 支。在这点上，如果协同用户在基站上以相同的接收信噪比(SNR)操作，则CC的编码增益 消失，这是因为将是下述情况用户在具有发送器端给出的信道信息的自适应系统中共享 相同的调制和编码配置的模式以及目标错误率。因此，对于CC来说，期望改进的系统和方法，其能够除了空间分集增益之外还获 得其他的潜在益处。上述的CC的当前设计的缺陷仅仅是希望提供对当前设计的一些问题 的概况，而不希望是穷尽性的。当浏览下面的对各种非限制性实施例的描述时，现有技术状 态的其他问题以及在此描述的CC技术的相应益处可以变得更加明显。
发明内容
在此提供简单的概况以有助于能够对在随后的更加详细的描述和附图中的示范 的非限制性实施例的各方面的基本或通常的理解。然而，该概况不希望作为扩展性或穷尽 性的概括。该概况的主要目的在于以简单的形式提供与各种示范的非限制性实施例相关的 一些概念，以作为随后的更加详细的描述的开始。在各实施例中，提供用于至少两个用户和基站之间的无线通信的协同级联编码。 在一个实施例中，提供一种采用通信的协同级联编码的网络系统。该网络系统可以包括至少两个协同用户设备，每一协同用户设备被配置成编码和发送联合消息的至少一部分。所 述联合消息包括来自第一协同用户设备的第一消息的至少一部分和来自第二协同用户设 备的第二消息的至少一部分。在另一示范的非限制性实施例中，协同级联编码方法包括编码来自第一协同用 户的第一消息，从第二协同用户接收第二消息，并解码第二消息。所述方法还包括将所述 解码消息的至少一部分与所述第一消息的至少一部分重新编码以形成组合消息，并且然后 发送所述组合消息的至少一部分。
进一步参照附图描述协同级联编码的系统和方法，其中图1图解了协同级联编码的方法的流程图；图2图解了协同级联编码系统的高级方块图；图3对比地图解了利用传统非协同、传统编码协同的具有固定时隙分配比率的两 用户系统；图4图解了包括联合用户协同编码器的串行级联卷积码编码器的高级方块图；图5图解了图4的联合用户协同编码器的方块图；图6图解了与协同级联码相关的迭代解码器的方块图；图7示出了在空间分集不足情形下的不同数量的用户的比特错误率；图8示出了在空间分集不足情形下的对于不同输入块尺寸的三个协同用户的比 特错误率；图9示出了在空间分集不足情形下的利用复杂度降低的协同编码器的对于不同 用户间信道状态的比特错误率；图10是表示其中可以实施在此描述的各种实施例的示范的非限制性的网络连接 环境的方块图；图11是表示其中可以实施在此描述的各种实施例的示范的非限制性的计算系统 或操作环境的方块图；和图12图解了适用于在此描述的一个或多个实施例的服务的网络环境的概况。
具体实施例方式概览如在背景技术中提到的，对于编码协同，期望改进的系统和方法，其除了潜在的空 间分集增益之外还实现其他益处。在各种非限制性实施例中，提供一种编码协同体系结构， 其中，协同用户不仅从空间分集增益受益，而且也从功能更强大的联合用户信道码受益。使 用在此描述的技术，在数据通信中实现随协同用户的数量而增加的交织增益。该额外性能 增益甚至在基站上所有协同用户的接收SNR保持相同时也能出现。而且，利用在此描述的 各种技术，可以容易地实现在两个以上的具有不同消息尺寸的用户之间的协同。而且，在一 个实施例中，当用户间信道被确定为“良好”或令人满意时，可以使用复杂度降低的协同方 法。根据本描述，作为随后内容的指引，首先描述一种示范性协同级联编码体系结构。接着讨论延迟和复杂度的考虑。然后，讨论一些设计准则和代码选择。接着，通过利用不同 的块尺寸、不同数量的协同用户以及复杂度降低的协同编码器来绘制比特错误率的曲线来 量化在此描述的实施例的一些性能益处。总的来说，应用在此的各种协同级联编码技术的 结果显示与原来的传统协同策略(如在背景技术中提到的)的操作相比，除了空间分集的 益处之外，还可以取得显著的编码益处。下面进一步更加详细地描述各种其他实施例和基 本构思。示范性的协同编码体系结构现在结合下述实施例描述协同编码体系结构及其特征所述实施例提供协同串行 级联卷积码(SCCC)作为信道码，信道码包括联合用户递归系统卷积(RSC)内码。利用具有 其中用户在特定时间可以发送或接收的半双工通信的时分多址(TDMA)上行链路传输。图1图解了根据示范性的非限制性的实施例的协同级联编码的方法的流程图。在 100，用户设备(此处也称为用户)对其自己的消息编码。在110，用户对(多个)协同伙伴 的(多个)消息进行解码。在120，用户对(多个)协同伙伴的(多个)消息以及其自己的 消息进行重新编码以形成组合消息。在130，用户发送所述组合消息的子集。图2图解了根据另一示范性的非限制性实施例的协同级联编码系统的高级方块 图。在所图解的例子中，所述协同级联编码系统200包括基站210和两个协同用户设备一 第一用户设备220和第二用户设备230。基站210操作用于接收由第一用户设备220和/ 或由第二用户设备230发送的数据。在所图解的例子中，第一用户设备220向基站发送第 一消息Si，而第二用户设备230向基站发送第二消息S2。而且，每个协同用户设备侦听信道并试图解码(多个)其他用户设备的(多个) 消息。当成功解码时，通过使用所有协同用户的消息来联合地编码得到联合消息Q。每个用 户设备然后向基站发送Q的一个子集。在图2的例子中，为了简化的目的，仅仅图示了两个 用户设备；然而，应当理解本发明不限于两个协同用户设备，而是可以使用任何数目的协同 用户设备。而且，虽然图2的例子示出了第二用户设备230发送Q的第一子集，第一用户设 备220发送Q的第二子集，但是由特定用户设备发送Q的特定部分可以根据如在此所考虑 的或在此所引用的多种因素而变化。图3中给出了更加详细的两个用户的例子，图3展示了在传统非协同、传统编码协 同以及在此描述的各实施例之间的体系结构的不同。在这点上，下面将更详细地说明对根 据一实施例的具有RSC内码的SCCC以及其他形式的级联码的选择。在下面对各实施例的 描述中使用下面注解。X⑷伝产，互广，…，圣广，..j表示用户k的位的块的集合。用户k的第i编码块 的编码位被分成由和已 表示的两个子集，如图3所示。当在此指一般用户时，省略 上标。在图3的总的标为“(a)”的子集中图解了传统非协同方案。在该传统方案中，每 个用户在其自己的时隙期间简单地发送其自己的数据，而没有来自其他用户的协同。在图3 的总的标为“(c)，，的子集中图解了一传统编码协同方案，其不同于“(a)，，的非协同方法之 处在于当源用户向基站发送其第一编码位集合S时，协同伙伴侦听信道并且尝试解码该 消息。当成功解码时，所述伙伴对该消息重新编码并协助该源用户向基站发送第二集合￡。然而，当检测到解码失败时，该方案或返回非协同模式或导致部分协同模式。在第一情况中，失败的用户向其伙伴通知该失败，并且两个用户然后都在没有协同的情况下发 送它们自己的￡。在第二情况中，失败用户还替代地在协同时隙中发送其自己的￡，但不向 其伙伴通知该失败。这在牺牲了伙伴的纠错性能(其然后得到更弱(更高码率)的信道码 的保护)的情况下潜在地带来了失败用户在其自己的E上的额外的分集增益。图3的在中间的总的标为“ (b) ”的子集表示编码协同体系结构的示范的非限制性 的实施例。如图所示，由协同伙伴发送的编码位不再是各用户的如同子集“(a) ”和“(c)，， 的已，而是编码位的新集合，由；2_=(^),《2),...4叫表示，其是利用所有1(个协同用户的消息 联合编码得到的。根据所分配时隙的数目，每个用户相应地发送Q0m)的子集。假定在发送前形成初始的协同组。多个用户首先顺序地发送他们的第一编码位集 合S，其对应于在使用基于SCCC的系统的实施例中的它们的外部码字。然后，一个短的时间 段专用于每一用户同时向协同伙伴和基站报告有关任何解码失败的发生。遇到对任何其他 用户的消息的解码失败的用户可以被排除出协同组并且返回到它们自己的消息编码。该用 户然后依序发送下一编码位集合(他们自己的编码位或者协同编码的位)。如上所述，在各种非限制性实施例中，在此描述的编码协同体系结构通过利用级 联码的交织增益来除了在空间分集上的增益之外还提供另一方面的性能提升。通过用户协 同，可以显著增加交织增益以便形成更强功能的整体信道码。而且，该架构使得在协同用户 的数目和消息块长度方面具有协同灵活性。该构思也可以扩展至如图3的子集“ (b) ”所示 的多个用户或者一起进行发送的所有用户。如果例如所有用户一起进行发送，则可以使用 在发送机侧的信道状态信息。也可以支持在多个协同用户之间的不对称的和任意的消息块 长度(如子集“(b)，，和“(c)，，所示)，而不需要改变时隙分配比率。在协同码结构的各种实施例中使用SCCC，并且在图4中示出了特定用户k的编码 器。M(k)表示要使用外部编码器410、交织器420、RSC内部编码器430编码的用户的源消息。 Yout'k(k')表示通过具有加性白高斯噪声(AWGN)的衰落信道的从其他用户k’接收的外部码 字位)的集合。在用于所有用户的联合用户协同编码器440中可以采用相同或类似交 织器。假定存在总共K个协同用户，每一用户具有利用如图5中所示的联合用户协同编 码器500的K-I个协同用户的编解码器510而成功解码的所有其他K-I个用户的消息。如 所示，来自所有K个用户的S可以被作为编解码器510的每一不同的外部解码器512、514 的等效的单个用户的外部码字，并且然后在利用联合用户RSC内部编码器530对它们编码 之前通过伪随机交织器520。联合用户RSC内部编码器530的系统位表示各用户已发送给 基站的所有用户的外部码字&因此，奇偶校验位的集合Q0m)可以是在协同时隙中发送的 仅有的位，每一用户仅仅发送根据所分配时隙的相应个数的子集。图6中示出了具有单输入单输出(SISO)分量解码器620的基站上的示范性迭代 解码器600。Yin'BS(k)和Tut’BS(k)表示在基站上从用户k分别接收的内部码字位Q(k)和外部 码字位的集合。它们首先通过码字混合器610，所述码字混合器610在将位反馈给内部 SISO解码器620和去交织器630之前将它们重排到联合用户内码的相应码字序列的合适位 置中。Lein迄ω)表示从去交织器630输出的的非本征信息。Le°ut迄ω)表示从外部SISO 解码器640输出的的非本征信息。LLR(Mft))是可以从其做判决的用户k的消息的后验 (posteriori)信息。
延迟和复杂度考虑在许多系统中，常常存在纠错性能增益、消息延迟、和实施复杂度之间的折中。在 这一点上，对于比特错误率的改善的折中是用户的输入解码延迟，解码延迟可被定义为从 用户的消息被输入到编码器中到输出相应的有效码字为止的时间段，其中将从该有效码字 中恢复消息。由于内部码字是从所有用户的消息联合编码得到的，所以第一发送用户经历 最大输入解码延迟Dmax,其由等式(1)来表达
权利要求
1.一种执行与在至少两个协同用户和基站之间的无线通信相关联的协同级联编码的 方法，所述方法包括对来自所述至少两个协同用户中的第一协同用户的第一消息进行编码； 从所述至少两个协同用户中的第二协同用户接收第二消息； 将来自所述第二协同用户的所述第二消息解码成解码消息；根据至少一个协同串行级联卷积码(SCCC)和至少一个联合用户递归系统卷积(RSC) 内码，将所述解码消息的至少一部分与所述第一协同用户的所述第一消息的至少一部分重 新编码以形成组合消息；并且发送所述组合消息的至少一部分。
2.如权利要求1所述的方法，还包括与所述至少两个协同用户的空间分集无关地降 低比特错误率，以用于向所述基站传递来自所述第二协同用户的所述第二消息。
3.如权利要求1所述的方法，其中，发送所述组合消息的至少一部分的步骤包括向所 述基站和所述至少两个协同用户中的其他协同用户发送所述组合消息的至少一部分。
4.如权利要求1所述的方法，其中，发送所述组合消息的至少一部分的步骤包括发送 所述组合消息的奇偶校验位的至少一部分。
5.如权利要求1所述的方法，还包括向所述至少两个协同用户中的其他协同用户发送来自所述第一协同用户的所述第一消息。
6.如权利要求5所述的方法，其中，发送来自所述第一协同用户的所述第一消息的步 骤包括向所述基站发送来自所述第一协同用户的所述第一消息。
7.一种包括用于执行如权利要求1所述的方法的计算机可执行指令的计算机可读介质。
8.一种用于执行与在通过至少一个网络通信耦接的至少两个协同用户设备和基站之 间的无线通信相关联的协同级联编码的用户设备，包括无线通信组件，其从所述至少两个用户设备中的第二协同用户设备接收第二消息；和 编码器/解码器，其对来自所述至少两个用户设备中的第一协同用户设备的第一消息 进行编码，将来自所述第二协同用户设备的所述第二消息解码成解码消息，其中，所述编码 器/解码器利用联合用户递归系统卷积(RSC)内码以及将所述解码消息的至少一部分与所 述第一协同用户设备的所述第一消息的至少一部分重新编码以形成组合消息；并且其中所 述无线通信组件发送所述组合消息的至少一部分。
9.如权利要求8所述的用户设备，其中，所述编码器/解码器根据协同串行级联卷积码 (SCCC)，对所述解码消息的至少一部分重新编码。
10.如权利要求8所述的用户设备，其中，所述无线通信组件向所述基站和所述至少两 个协同用户中的其他协同用户发送所述组合消息的至少一部分。
11.如权利要求8所述的用户设备，其中与所述至少两个协同用户的空间分集无关地 降低比特错误率，以用于向所述基站传递来自所述第二协同用户的所述第二消息。
12.如权利要求8所述的用户设备，其中所述无线通信组件向所述基站和所述至少两 个协同用户中的其他协同用户发送来自所述第一协同用户设备的所述第一消息。
13.一种采用通信的协同级联编码的网络系统，包括至少两个协同用户设备，每一协同用户设备被配置成编码和发送联合消息的至少一部 分，其中所述联合消息包括来自所述至少两个协同用户设备中的第一协同用户设备的第一消的至少一部分；和 来自所述至少两个协同用户设备中的第二协同用户设备的第二消息的至少一部分， 其中，所述至少两个协同用户设备中的每一个包括协同串行级联卷积(SCC)编码器， 以及其中，与所述至少两个协同用户的空间分集无关地实现降低比特错误率，以用于向所 述基站传递所述第二消息。
14.如权利要求13所述的网络系统，其中，所述至少两个协同用户设备中的每一个包 括联合用户递归系统卷积(RSC)内部编码器。
15.如权利要求13所述的网络系统，其中，所述协同SCC编码器是至少一个解调器，其 输出提供关于来自所述第二协同用户设备的所述第二消息的判决的基础。
16.如权利要求13所述的网络系统，还包括基站，与所述至少两个协同用户设备通信耦接，所述基站被配置成解码所发送的联合 消息。
17.如权利要求16所述的网络系统，其中，所述基站包括多个单输入单输出(SISO)分量解码器。
18.如权利要求13所述的网络系统，其中，所述至少两个协同用户设备既在自适应系 统中也在具有非常强的视线特性的传播环境中进行协同。
19.如权利要求13所述的网络系统，其中，所述至少两个协同用户设备中的每一个指 定具有最小阈值的距离的强分量码，以保护用户间信道。
20.如权利要求13所述的网络系统，其中，当至少所述第一消息和第二消息的块尺寸 增加时，所述系统的比特错误率降低。
21.如权利要求13所述的网络系统，其中，当在所述第一和第二协同用户设备的基础 上增加协同用户设备的数目以包含至少一个第三协同用户设备时，所述系统的比特错误率 降低。
全文摘要
提供用于至少两个用户和基站之间的无线通信的协同级联编码技术。一种采用协同级联编码的网络系统包括多个协同用户设备，每一协同用户设备被配置成编码和发送联合消息的至少一部分。所述联合消息包括来自第一协同用户设备的第一消息的至少一部分和来自第二协同用户设备的第二消息的至少一部分。一个实施例包括对来自第一协同用户的第一消息编码；从第二协同用户接收第二消息并解码所述第二消息。所述方法还包括将所述解码消息的至少一部分与所述第一消息的至少一部分重新编码以形成组合消息；并且然后发送所述组合消息的至少一部分。
文档编号H04L1/06GK102084615SQ200880015185
公开日2011年6月1日 申请日期2008年4月21日 优先权日2007年5月7日
发明者卢思远, 李德富 申请人:霖那控股私人有限公司