基于机会网络编码arq的双向中继系统的信号合并策略的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术领域的双向中继网络中的反馈重传技术，尤其涉及基于 机会网络编码ARQ的双向中继系统的信号合并策略。
【背景技术】
[0002] 双向中继网络在中继的协作下可以获得空间分集增益，各种无线标准都应用了 中继网络，比如蜂窝网、ad hoc、传感器网络还有超带宽体域网等。但是由于无线信道的多 接入特性，双向中继网络也面临很多挑战，比如有效的信道资源分配、频谱效率、能量节约 以及衰落补偿等问题。
[0003] Ahlswede和Cai N等人于2000年首次提出网络编码（Network Coding)的概念。 该机制从信息论的角度提出通过在有线网络的中继节点处对接收信号进行处理能够提高 系统性能，并严格证明了对多路接收信号进行编码操作后，在接收端进行相应的译码，可以 使网络的容量达到最大，有效提高网络利用率。随着研究的不断进展，网络编码可以提高的 吞吐量、降低计算复杂度和带来更高的可靠性。
[0004] 为了进一步增加链路的可靠性，自动反馈重传请求协议（Automatic Retransmission Request, ARQ)已经广泛应用到双向中继网络中，并且已经证明能够有效 减小信道衰落的影响进而提高系统性能。
[0005] 现有的基于网络编码ARQ的双向中继系统的研究以及专利成果如下：
[0006] 1、2010年，Z. Chen等人提出了三种ARQ协议来增加双向中继网络的链路可靠性， 同时三种协议都有吞吐量的提升。同年，Q. T. Vien等人提出了两种基于网络编码的改进的 ARQ方案来增加系统吞吐量。
[0007] 2、2013年，H. Liu, V. Jamali等人研究了基于DF的中继端带有缓存器的双向中继 网络，中继转换不同的工作模式来最大化系统吞吐量。
[0008] 3、华为技术有限公司提出的用于双向中继系统的通信方法和装置及系统，方法包 括：中继节点接收第一源节点发送的第一信号和第二源节点发送的第二信号；对所述第一 信号和第二信号分别进行无速率编码，再进行网络编码；将网络编码后得到的联合编码包 广播给所述第一源节点和第二源节点。本发明技术方案由于采用在中继节点先进行无速率 编码再进行网络编码的技术方案，可以无需获取CSI或HARQ，在非对称场景下相比于现有 技术可以有效提高对信道容量的利用，提高信息传输速率。
[0009] 4、清华大学提出的一种基于交织多址技术的多用户双向中继通信方法，方法包 括：采用不同的交织器来区分不同的用户对，发送交织后用户对信息序列到中继节点，中继 节点对接收到的信息序列进行迭代的多用户检测译码，然后将用户对译码后得到的信息序 列做异或运算，得到中间值；将异或运算后得到的中间值广播给用户对，用户对中的两个用 户接收到中间值后，利用自己的信息序列同中间值进行异或运算，得到与之通信的对方用 户的信息序列，完成整个通信过程。应用本申请可以得到最大化的编码增益和信道容量，并 可以通过迭代多用户检测算法有效地消除多接入干扰和多用户干扰，提高系统的误码率性 能。
[0010] 5、西安电子科技大学提出的基于网络编码的双向中继HARQ控制系统与方法，主 要解决现有HARQ技术需要独立配置重传帧而引起吞吐量不高的问题。本发明包括用户端、 基站端和中继端三部分。其实现步骤包括：（1)基站与用户发送数据；（2)中继节点接收用 户和基站发送的数据；（3)中继节点将接收到的以及缓存的数据进行网络编码；(4)中继节 点将网络编码后的数据传输出去；（5)基站接收用户和中继节点的数据；(6)基站对接收到 的以及缓存的数据进行联合解调；（7)基站对解调后的数据进行最大似然译码，并对译码 后的数据进行校验；(8)用户判断传输状态。本发明具有传输时延低、吞吐量高和实用性强 的优点，适用于双向中继系统中的HARQ控制。
[0011] 6、电子科技大学提出的基于网络编码的数据重传方法，包括步骤：统计步骤，源节 点接收并统计接收节点反馈回的各数据包的接收情况；判断步骤，源节点判断是否有需要 重传的数据包；编码步骤，源节点优先对接收情况最差的数据包进行网络编码；发送步骤， 源节点向接收机节点广播接收的数据包。本发明优先使用当前接收情况最差的数据包进行 网络编码，可增加编码增益，当编码增益越大，重传次数越少。
[0012] 7、重庆邮电大学提出的一种基于网络编码的数据包重传算法，在重传中，以Pn。 的概率使用网络编码发送一个编码包，这个编码包是N个丢失的数据包的编码融合，N个 丢失的数据包包括发送方需要执行重传的丢失的一个数据包和其他发送方丢失的N-I个 数据包，考虑到兼容性，PNCRM根据现有的IEEE802. IlMAC协议设计，PNCRM的传输过程与 IEEE802. 11相似，也使用RTS-CTS-数据包-ACK或者NAK握手协议，传输成功时，发送一个 ACK帧，传输失败时，发送一个NAK帧，执行重传。与现有的网络编码技术相比，PNCRM可以 应用在没有中继节点的MSMR单跳无线网络中，选择合适的重传概率P n。和编码度N能够有 效提尚系统性能。
[0013] 8、哈尔滨工业大学深圳研究生院提出的基于网络编码的发射端广播重传方法及 系统，通过构建重传缓冲池、初始化重传缓冲池、组合重传数据包，然后发送重传数据包，减 少了传输次数，提高了重传效率，当数据量大时，减少了网络时延，提高了网络传输效率，减 少了网络丢包率，增加了传输可靠性，能达到网络最大信息流。
[0014] 现有的研究主要集中于ARQ协议的改进以及带来的系统性能的理论分析，带来了 系统吞吐量效率低、网络带宽利用率不高以及系统可靠性提升有限的问题。
【发明内容】
[0015] (一）要解决的技术问题
[0016] 本发明所要解决的技术问题是，提供在无线网络中，能够提高系统可靠性、改善系 统吞吐量并且提高频带利用率基于机会网络编码的数据重传方法。
[0017] (二）技术方案
[0018] 为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：基于机会网络编码ARQ的双 向中继系统的信号合并策略，其特征在于包括以下处理步骤：
[0019] 步骤1 :源节点广播数据包
[0020] 源节点Tl和T2首先分别将原始数据包经过BPSK调制得到调制信息七和X 2，然 后将调制信息^和X 2发送到中继；一个时隙广播一个数据包；
[0021] 步骤2 :中继节点译码及存储合并
[0022] 中继利用最大似然检测对接收到的调制信息进行译码，并且通过译码后的数据包 尾部的CRC校验判断是否正确，中继的判断结果可以分为三种情况：
[0023] 情况1 :两个用户的数据包都不正确
[0024] 中继向两个源节点反馈负的ACK信号，告知两个源节点在下一个时隙重传信息， 中继储存重传信息，系统工作在双向传输模式，待下一个数据包传输过来时，中继对接收到 的前后两个时隙数据包进行合并，重新检测后根据检测结果中继做出判断，此时的合并为 双向传输合并；
[0025] 情况2 :有一个用户的数据包是正确的
[0026] 假设中继能够正确解调出X1，中继向Tl发送正的ACK信号，向T2发送负的ACK信 号；接下来的时隙，只有T2向中继重传自己的数据包，系统工作在单向传输模式，待T2下一 个数据包传输过来时，中继对接收到的前后两个时隙数据包进行合并，重新检测后根据检 测结果中继做出判断，此时的合并为单向传输合并；
[0027] 情况3 :两个用户的数据包都是正确的
[0028] 这种情况下中继向两个源节点发送正的ACK信号，中继不需要存储合并接收到的 数据，下一个时隙中继对数据包进行网络编码后转发给两个用户；
[0029] 步骤3 :中继向两个用户广播数据包
[0030] 如果步骤1结束后，中继能正确解调出两个数据包或者重传次数达到了设定的最 大重传次数，则中继向两个源节点广播数据包；经过k次重传后：如果中继正确解调出两个 数据包，则中继直接异或两个数据包，之后发送给用户，每个源节点将自己的发送信号与接 收到的信号进行异或运算就能够得到对方的信息；如果中继只能正确解调出一个数据包， 则中继对该数据包与解调出错的数据包进行异或后发送给用户；如果两个数据包都是错 的，则中继仍然异或后发送给用户，与此同时中继的缓存器也会清空。
[0031] 进一步的，步骤（2)中所述的双向传输合并包括以下步骤：
[0032] 如果经过k-Ι个时隙重传还没有结束，则中继缓存器储存了 k-Ι个信号，中继对接 收到的信号进行合并，对于双向传输模式，中继接收的信号表示为：
[0033]
[0034] 其e表示信道向量。中继合并