一种编码时隙ALOHA系统中的实时译码方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种编码时隙ALOHA系统中的实时译码方法及装置，属于多址接入技术领域。本发明专利技术装置包括存储模块、编码包yi及向量ci接收模块、ci操作模块和译码结果输出模块；存储模块和编码包yi及向量ci接收模块均分别与ci操作模块和译码结果输出模块相连；存储模块用于存储矩阵及其各行向量对应的编码包；编码包yi及向量ci接收模块用于接收依次到来的编码包及其向量，并在每接收到一个时输出给ci操作模块，最后一个得到ci操作模块反馈后通知译码结果输出模块输出；ci操作模块用于对输入的ci及yi根据预设的规则对其以及矩阵及其各行向量对应的编码包进行操作；译码结果输出模块用于将矩阵及其各行向量对应的编码包输出。对比现有技术，本发明专利技术具有实时译码、吞吐量高、复杂度低优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种译码方法及装置，特别涉及一种编码时隙ALOHA系统中的实时译 码方法及装置，属于多址接入

技术介绍
作为下一代移动通信技术，5G旨在满足更高端更复杂的性能需求， 其目标之一就是提供无限的信息。作为5G的重要组成部分，接入机器类通信 (MTC，Machine-Type-Communication)拥有广泛的潜在应用场景。MTC具有应用范围广，业 务模式多样，终端数量巨大，小数据包，上行利用度高，受时间控制等典型特征。预计2020 年联网移动终端用户数将增至约500亿，而很大一部分增加是由于大量MTC设备的引入。机 器类通信业务的巨量用户特性给LTE无线接入网带来了不小的挑战。大量MTC设备的同时 接入会导致网络的拥塞，因此找到有效的接入过载控制算法，以减轻或消除大量MTC设备 在接入过程中的拥塞问题是无线通信领域的重点关注问题。 传统的ALOHA协议的思想是只要用户有数据要发送，就让他们发送。这样会产生 冲突从而造成帧的破坏。但是，由于广播信道具有反馈性，因此发送方可以在发送数据的过 程中进行冲突检测，如果发送方知道数据帧遭到破坏（即检测到冲突），那么它可以等待一 段随机长的时间后重发该帧。然而传统ALOHA极容易冲突，造成了信息利用率不高的问题。 最近，针对机器类通信这种要求高吞吐量而传统协同技术不能够使用的场景， E.Paolini等人提出了一种可以实现高吞吐量的随机接入技术--编码时隙ALOHA(CSA)。 CSA系统模型如附图1所示，将一段时间Tfraiire分成N个时隙Tslc]t(N=Tf^Aslcit)， 现在有M个用户（User)，每一个用户尝试在几个时隙里（Slot)传送信息，我们定义信道的 传输负载为L=M/N。用户i会产生&个重复的包（i= 1，2,. . .，M)，然后将这ri个重复 的包随机的放到N个Tsklt中的ri个里传播。 CSA可以用二分图来表不CSA系统，如附图二所不，其中〇代表每一个传送的包， 我们叫它用户节点；□代表接收器接收到的包，我们叫它时隙节点。我们将接收到的包Y1 的相关向量记作Cl，C1代表第i个时间段接收到的包的叠加，其中"1"的位置代表该时间段 发送包的用户，即包Y1是按照c,中"1"的位置选择用户发送包的叠加结果。在这个二分图 中，每一个边都有一定的丢失率e，也就是说e表示了包传送过程中丢失的概率。所以这 个二分图的表示形式显示了低密度生成矩阵码解码和擦除信道的相似性。 虽然CSA中使用了串行干扰消除（SIC)译码算法并且实现了高吞吐量，但是它仍 然存在着两点缺点：一是SIC译码算法只有在传输结束的时候才能开始进行操作。所以，接 收器必须要为接收足够的包而等待很长时间，这期间它不会进行任何译码操作，然后接收 器必须尽可能快的对所有接收的包进行译码。这会造成很大的延迟和接收器计算能力的浪 费。另一个缺点是SIC译码过程只能从没有冲突的包开始进行，这也就造成了即使接收器 已经接收到了k个相互独立的向量（包）时译码仍然可能会失败。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决上述SIC译码算法存在的问题，提供一种编码时隙ALOHA 系统中的实时译码方法，该方法译码延迟低，吞吐量高，并且复杂度低。 本专利技术的实质是CSA系统中的一种类似于高斯消元（GE)算法的实时译码（RTD) 算法，其核心是通过使用交换和异或的方式产生一个稀疏矩阵G，以降低对于每一个接收到 的包的译码操作数量。本专利技术方法适用于机器对机器及卫星网络等要求高吞吐量的通信环 境。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： -种编码时隙ALOHA系统中的实时译码方法，包括如下步骤： 步骤一、初始化，即建立一个MXM的矩阵G，其中每一个元素均为0 ; 步骤二、接收编码包yi以及与其相对应的向量(^，其中i= 1，2, . . .，n，n表示slot 的个数，找到C1当中最左边的" 1"的位置，并将其记作P1; 步骤三、如果G是空的，即G为全零向量，则用C1替换G，转到步骤五 进行异或判断和操作；否则称G是已填充的，转到步骤四；其中G表示矩阵G的第 P1行； 步骤四、根据如下条件判断并对G和(^进行操作： 如果C1的度小于G和C1，相对应的码包71与yP1也随之交换；然后将新的c占G[pJ异或，同时将 yi与yPi异或，得到新的C' ；和y'i;对新的G[pJ转到步骤五判断并操作，对c' ;和y' ；将其 作为cdPyi并得到对应的p1后转到步骤三； 否则（即C1的度不小于G的度），直接将c#G异或，同时将y#ypi异 或，得到新的c'JPy'i，如果为全零向量，则丢弃c'i，否则（即不是全零向量），将 c';和y' ；作为c;和y;并得到对应的p;后转到步骤三； 步骤五、根据如下条件判断并对G和C1进行异或操作（即回代）： (1)检查矩阵G中的第？1行，找到其中"1"所在的列k，如果k辛pi并且G中第k 行是已填充的，则将第P1行与第k行异或，用异或的结果替换第pi行；这个过程不断迭代直 到第P1行中没有满足上述条件的" 1" ； (2)与⑴类似，检查矩阵G中的第？1列，找到其中"1"所在的行k，如果k辛Pl， 则将第P1行与第k行异或，用异或的结果代替原来的第k行；这个过程不断迭代直到第pi 列中没有满足上述条件的"1"； 步骤六、对下一个接收的编码包转到步骤二，直到接收完所有的编码包，此时，G中 的每一个行向量对应的新的^即为译码结果。 一种编码时隙ALOHA系统中的实时译码装置，包括矩阵以及编码包存储模块、编 码包Y1以及与其相对应的向量ci接收模块、ci操作模块以及译码结果输出模块；编码包存 储模块分别与(^操作模块以及译码结果输出模块相连，编码包yi以及与其相对应的向量ci 接收模块分别与C1操作模块以及译码结果输出模块相连； 所述矩阵以及编码包存储模块用于存储矩阵G以及矩阵G各行向量对应的编码 包； 所述编码包yi以及与其相对应的向量ci接收模块用于接收依次到来的编码包yi 以及与其相对应的向量C1，并在每接收到一个时将其输出给所述(^操作模块，以及在最后 一个包输出给所述C1操作模块并反馈后通知所述译码结果输出模块可以进行输出； 所述C1操作模块用于对输入的ci以及yi根据预设的规则对其以及矩阵以及所述 编码包存储模块存储的矩阵G和矩阵G各行向量对应的编码包进行操作； 所述译码结果输出模块用于在接收到所述编码包71以及与其相对应的向量c^妾 收模块发来的输出通知后，等待C1操作模块操作结束，将所述矩阵以及编码包存储模块存 储的矩阵G以及矩阵G各行向量对应的编码包输出。 作为优选，所述预设的规则为上述步骤三、步骤四和步骤五所述的规则。 有益效果 本专利技术提出的编码时隙ALOHA系统中的实时译码方法与现有技术相比较具有如 下优点： 1)由于本专利技术方法可以将译码操作分布在所有的接收包的时间中进行，不需要等 到所有的包全部接收后再开始译码，所以降低了译码的延迟； 2)实时译码方法相对于传统的SIC译码提高了吞吐量，其吞吐量接近于GE算法； 3)由于本专利技术方法使用了交换和异或的操作，不像传统的GE算法需要在三角阵 构建结束之后再进行回代，这种方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码时隙ALOHA系统中的实时译码方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、初始化，即建立一个M×M的矩阵G，其中每一个元素均为0；步骤二、接收编码包yi以及与其相对应的向量ci，其中i＝1,2,...,n，n表示slot的个数，找到ci当中最左边的“1”的位置，并将其记作pi；步骤三、如果G[pi]是空的，即G[pi]为全零向量，则用ci替换G[pi]，转到步骤五进行异或判断和操作；否则称G[pi]是已填充的，转到步骤四；其中G[pi]表示矩阵G的第pi行；步骤四、根据如下条件判断并对G[pi]和ci进行操作：如果ci的度小于G[pi]的度，则交换G[pi]和ci，相对应的码包yi与也随之交换；然后将新的ci与G[pi]异或，同时将yi与异或，得到新的c′i和y′i；对新的G[pi]转到步骤五判断并操作，对c′i和y′i将其作为ci和yi并得到对应的pi后转到步骤三；否则，直接将ci与G[pi]异或，同时将yi与异或，得到新的c′i和y′i，如果c′i为全零向量，则丢弃c′i，否则，将c′i和y′i作为ci和yi并得到对应的pi后转到步骤三；步骤五、根据如下条件判断并对G[pi]和ci进行异或操作：(1)检查矩阵G中的第pi行，找到其中“1”所在的列k，如果k≠pi并且G中第k行是已填充的，则将第pi行与第k行异或，用异或的结果替换第pi行；这个过程不断迭代直到第pi行中没有满足上述条件的“1”；(2)与(1)类似，检查矩阵G中的第pi列，找到其中“1”所在的行k，如果k≠pi，则将第pi行与第k行异或，用异或的结果代替原来的第k行；这个过程不断迭代直到第pi列中没有满足上述条件的“1”；步骤六、对下一个接收的编码包转到步骤二，直到接收完所有的编码包，此时，G中的每一个行向量对应的新的yi即为译码结果。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：费泽松，贾岱，上官成林，孙策，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11