一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法。本发明专利技术立足于多信源情形下采用QC‑RA码的编码携能中继协作系统。首先，给出了采用QC‑RA码的多信源编码携能中继协作系统模型；其次，建立了所有信源节点采用的QC‑RA码、中继节点采用的QC‑RA码的整体模型—联合校验矩阵，并联合设计了信源节点和中继节点采用的多路QC‑RA码；然后，充分发掘编码携能中继协作系统中QC‑RA码的码率兼容特性，提出了一种新的携能传输协议实现方法—基于码字分割协议，本发明专利技术只需根据当前信道质量，对码字进行分割，具有简单高效、对电路要求不高、无需严格码元同步、无需配置多天线等诸多优点，更具实用性。

An implementation method of the energy carrying transmission protocol applied to the coding energy carrying relay cooperative system

【技术实现步骤摘要】
一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法
本专利技术属于编码协作通信领域，具体涉及一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议。
技术介绍
协作技术基本思想是单天线终端通过相互协作共享彼此的天线，形成虚拟多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)系统，使得单天线终端获得MIMO技术带来的优点。协作技术是利用空间资源的一种新途径，其优势主要体现在：(1)获得空间分集增益；(2)扩展通信覆盖范围；(3)减少通信盲点区域。协作技术的实现方式主要有：放大转发(Amplify-and-Forward，AF)方式、检测/译码转发(Detect/decode-and-Forward，DF)方式、编码协作(CodedCooperation,CC)方式等，以及在之基础上的各种改进方式，如基于AF和DF方式提的译码放大转发方式、类似于AF方式的量化转发方式等。编码协作方式将信道编码与协作技术结合，既能获得编码增益又能获得协作带来的诸多优点，是一种实现极其可靠的通信方式。编码协作一经提出就激起了学者们的极大兴趣，并纷纷针对采用各种信道编码如Turbo码、ReedMuller码、Raptor码、Polar码等的协作系统展开研究。低密度奇偶检验(LowDensityParityCheck,LDPC)码性能逼近香农限，自其迭代译码算法提出之后，就成为信道编码领域的研究热点，3GPP选定LDPC码为5G中长码编码方案。重复累积(Repeat-Accumulate,RA)码是一类特殊结构的LDPC码，具有编码简单并且是系统码等优点。同时，RA码具有天然的码率兼容属性，非常适用于多信源多中继的编码中继协作通信网络。采用RA码的编码协作系统既能获得RA码的高编码增益，又能获得协作技术带来的分集增益。随着信息通信
各种新技术和新产品的不断涌现，随之而来的是领域整体能耗的急剧增加，将导致二氧化碳等的排放量的上升，这对环境保护和可持续发展来说是一个挑战。能量收集(EnergyHarvesting，EH)技术可以从周围环境中收集可利用能源给终端供电，无需额外的能量供给，能很好地解决这个问题。传统的EH技术从周围的自然环境中收集能量(如太阳能、动能、风能等)，但其受到天气气候等条件影响，供能不稳定且不可预见。近年来，将射频(RadioFrequency,RF)信号作为能量源的EH技术成为研究热点，该技术能同时传输信息与能量，又被称之为携能传输(SimultaneousWirelessInformationandPowerTransfer，SWIPT)技术。SWIPT技术是一种解决终端能量受限、延长通信系统生存时间的有力方法，为实现绿色通信的新途径。SWIPT传输协议主要有三种，即协议一：基于时间切换协议，该协议在每个码元传输周期内切换ID和EH模式，处理复杂度高且需要严格的码元同步；协议二：基于功率分割协议，该协议将接收信号功率分成两个功率流，分别用来实现ID和EH功能，这对硬件电路要求极高；协议三：基于天线切换协议，该协议将多根天线分成两类，一类用来实现ID功能，另一类用来实现EH功能，基于天线切换协议实现简单，但是并不适用于单天线情形。现有携能中继协作的研究主要集中在AF和DF等方式下，尽我们所知，编码协作方式下的携能中继协作成果鲜见文献报道。鉴于编码协作的优异性能，本专利技术提出采用准循环RA码(Quasi-CyclicRA,QC-RA码)的多信源编码携能中继协作系统，并针对该系统提出了高效携能传输协议与QC-RA码的联合设计方法，以实现高编码增益、高能量效率、低复杂度、低资源消耗的可靠绿色通信。
技术实现思路
本专利技术的目的是给出一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法，为达到该目标，重点关注携能通信的传输协议、信道编码系统码联合设计两个关键问题，本专利技术的技术方案是：一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法，包括以下步骤：步骤1.1、采用QC-RA码的编码携能中继协作系统的建模：包括两个信源节点S1和S2、中继节点R和目的节点D，其中中继节点R利用携能传输技术同时实现信息译码和能量收集；步骤1.2、信源节点S1和S2、中继节点R多路QC-RA码的联合设计：通过联合设计信源节点S1和S2、中继节点R采用的QC-RA码，即QC-RA-1、QC-RA-2、QC-RA-3，消除所有girth-4环；步骤1.3、基于码字分割协议的实现：基于QC-RA码的码率兼容属性，中继节点R利用基于码字分割协议实现携能传输；步骤1.4、基于码子分割协议下编码携能中继协作的性能分析：分析基于码子分割协议下编码携能中继协作系统中的实现复杂度、能量利用率及误码率。进一步的，步骤1.1中，所述的采用QC-RA码的编码携能中继协作系统的建模，具体步骤如下：1.1.1、信源节点S1和S2利用QC-RA码编码器编码，将得到的码字发送至中继节点R与目的节点D；1.1.2、中继节点R分别对来自两个信源节点S1和S2的信号进行译码，恢复出原始的发送信息比特；1.1.3、中继节点R将两路信息比特级联作为信息位,利用QC-RA码编码器再编码,将得到的校验比特发送至目的节点D；1.1.4、目的节点D对接收到的来自S1、S2和R的信号进行联合迭代译码处理。进一步的，步骤1.2中，所述的信源节点S1和S2、中继节点R多路QC-RA码的联合设计，具体步骤如下：1.2.1、设S1、S2、R采用的QC-RA码QC-RA-1、QC-RA-2、QC-RA-3对应的校验矩阵分别为H1＝[AD1]、H2＝[BD2]、HR＝[C1C2D3]，其中A、B、C1、C2分别为由单位循环矩阵构成的准循环矩阵，D1、D2、D3为准对角矩阵；依据码字与校验矩阵的约束关系得到对应于目的节点D复合码字的联合校验矩阵1.2.2、对联合校验矩阵进行设计：在设计时，先交换其特定的某些列，得到其对应的准循环模块和准对角模块将看做待设计的QC-LDPC码，通过设计的循环移位值，消除模块内、与之间的所有girth-4环；1.2.3、将与组合并交换回相应的列，得到消除了所有girth-4环的联合校验矩阵进一步的，步骤1.3中，所述基于码字分割协议的实现，具体步骤如下：1.3.1、中继节点R接收到对应于信源节点S1和S2码字的信号，其中QC-RA码为系统码，具有码率兼容特性；基于码字分割协议充分利用QC-RA码的码率兼容特性，依据S1-R、S2-R信道质量，将接收到的码字分割为两部分，一部分比特为其子码用于译码恢复出原始信息，另一部分比特为冗余校验位用于能量收集；1.3.2、中继节点R在外部电源未供电的情况下，利用基于码字分割协议的携能传输技术收集到的能量转发再编码得到的校验比特至目的节点D。进一步的，步骤4中，所述的在基于码字分割协议下编码携能中继协作的性能分析；分析基于码字分割协议在采用联合设计QC-RA码的编码携能中继协作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1.1、采用QC-RA码的编码携能中继协作系统的建模：包括两个信源节点S

【技术特征摘要】
1.一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.1、采用QC-RA码的编码携能中继协作系统的建模：包括两个信源节点S1和S2、中继节点R和目的节点D，其中中继节点R利用携能传输技术同时实现信息译码和能量收集；
步骤1.2、信源节点S1和S2、中继节点R多路QC-RA码的联合设计：通过联合设计信源节点S1和S2、中继节点R采用的QC-RA码，即QC-RA-1、QC-RA-2、QC-RA-3，消除所有girth-4环；
步骤1.3、基于码字分割协议的实现：基于QC-RA码的码率兼容属性，中继节点R利用基于码字分割协议实现携能传输；
步骤1.4、基于码子分割协议下编码携能中继协作的性能分析：分析基于码子分割协议下编码携能中继协作系统中的实现复杂度、能量利用率及误码率。


2.根据权利要求1所述的一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法，其特征在于，步骤1.1中，所述的采用QC-RA码的编码携能中继协作系统的建模，具体步骤如下：
1.1.1、信源节点S1和S2利用QC-RA码编码器编码，将得到的码字发送至中继节点R与目的节点D；
1.1.2、中继节点R分别对来自两个信源节点S1和S2的信号进行译码，恢复出原始的发送信息比特；
1.1.3、中继节点R将两路信息比特级联作为信息位,利用QC-RA码编码器再编码,将得到的校验比特发送至目的节点D；
1.1.4、目的节点D对接收到的来自S1、S2和R的信号进行联合迭代译码处理。


3.根据权利要求1所述的一种应用于编码携能中继协作系统的携能传输协议实现方法，其特征在于，步骤1.2中，所述的信源节点S1和S2、中继节点R多路QC-RA码的联合设计，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张顺外，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32