一种基于极化码的网络编码协作通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于极化码的网络编码协作通信方法，属于网络编码技术领域。本发明专利技术包括下列步骤：构造极化码生成矩阵GP，基于网络的中继节点数目和用户个数设置极化码参数N，K，其中，N表示码字长度，K表示信息位长度，再基于N，K构造极化码生成矩阵GP，该矩阵GP的每列对应一个中继节点，每一行对应一个用户；各中继节点基于矩阵GP接收对应用户所发送的信息：当矩阵GP第j列第i行为“1”时，则与第j列对应的中继节点接收与第i行所对应的用户发送的消息；各中继节点对接收的消息进行二元域加法处理后，向接收端发送；接收端将接收的N个中继消息rj按序排列构成极化码码字，执行极化码译码处理。本发明专利技术用于网络编码，能降低传输差错率，提高网络传输稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于极化码的网络编码协作通信方法
本专利技术涉及网络编码的网络协作通信，具体涉及一种基于极化码的网络编码协作通信方法。
技术介绍
在网络的研究中常常使用有向图来表示通信网络的结构，利用图论理论中的“最小割最大流”定理可知，这个图(通信网络)可以传输的最大流量也就是这个图的最小割。可是传统的网络中继存储转发的方式不能满足这一点的实现。而在通信网络中采用网络编码技术，也就是在中继节点处对信息进行编码再转发的技术，在接收端，各个目的节点按照编码规则通过一定方法译出所需信息，就能够极大程度提高网络的传输速率，减少对信道的使用次数，更加充分高效的利用了通信网络的链路资源，最终实现了图论中理论可实现的最大信息传输速率上限。在通信网络中采用网络编码技术，一方面可以提高信息传输速率，帮助达到通信网络的网络容量；另一方面，网络编码技术也在降低网络总体能量消耗与负载均衡等很多
有着不容忽视的作用，很大程度上改善了通信系统的整体性能。但是，当前已有的网络编码方式在传输差错率，传输稳定性上还存在一定的缺陷，不能较好的满足实际工程应用需求。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：将用于信道纠错的极化码应用到网络编码协作通信中，提供一种基于极化码的网络编码协作通信方法，以降低网络编码协作通信过中的信道传输差错率，提高网络传输稳定性。本专利技术的基于极化码的网络编码协作通信方法，包括下列步骤：步骤1：构造极化码生成矩阵GP：确定极化码参数N，K，其中，N表示码字长度，K表示信息位长度：所述极化码参数N大于或等于用户个数m且小于网络提供的中继节点数目的最小值，并且N＝2n，n为正整数；所述极化码参数K等于用户个数m；并且用户个数m小于或等于当前网络的中继节点数目；基于所述极化码参数N，K构造极化码生成矩阵GP，所述矩阵GP的每列对应一个中继节点，每一行对应一个用户；步骤2：各中继节点基于矩阵GP接收对应用户所发送的信息：当矩阵GP第j列第i行为“1”时，则与第j列对应的中继节点接收与第i行所对应的用户发送的消息；步骤3：各中继节点对接收的消息进行二元域加法处理后，向接收端发送；步骤4：接收端将接收的各中继节点的中继消息rj，按顺序排列N个中继消息rj构成极化码码字，执行极化码译码处理。本专利技术通过利用极化码的纠错特性和网络传输的分集增益，将极化码灵活地运用到网络编码协作传输中，降低了网络信道传输差错率，提高了网络传输稳定性，并且在网络接收端通过一次译码就能获得所有用户发送的信息，无需再进行模二加运算。避免了因为某一路译码错误经模二加运算造成的错误传播。进一步的，为了实现传输资源的节省，可以考虑如下措施来节省网络传输资源，其一是：在所述生成矩阵GP的第l列中，若有且仅有第i行的元素为“1”，则将第i行所对应的用户直接与接收端相连，在当前网络中取消与第l列所对应的中继节点，让用户直接向接收端发送消息，并在接收端执行极化码译码处理时，将来自于的用户i的发送消息设置为对应于中继节点Rl的中继消息rl；其二是：在所述生成矩阵GP中，若第s列与第t列的元素相同，则在当前网络中取消中继节点Rs（中继节点Rs为生成矩阵GP的第s列所对应的中继节点，所述中继节点Rt为生成矩阵GP的第t列所对应的中继节点，取消的中继节点可从中继节点Rs与Rt可任意选取，通常是根据信道状况或其他实际情况进行选择，例如考虑其信道比，将信道比较差的取消掉；或者是考虑中继节点的传输距离，将传输距离较长的取消掉）；则在接收端执行极化码译码处理时，设置对应于中继节点Rs的中继消息rs等于对应中继节点Rt的中继消息rt。上述两种方式既可以单独采取，也可以同时采取。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：降低了网络信道传输差错率，提高了网络传输稳定性；同时还能根据实际应用需求对传输资源进行优化。附图说明图1是网络连接示意图；图2是实施例1的网络连接示意图；图3是实施例1优化资源处理后的网络连接示意图；图4是实施例2的网络连接示意图；图5是实施例2优化资源处理后的网络连接示意图；具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术是将用于信道纠错的极化码应用到网络编码协作通信中，其关键在于如何根据网络的实际通信需求，来设置极化码参数(N,K)，即码字长度和信息位长度，对于一个有m个用户的网络，应用本专利技术的基于极化码的网络编码协作通信方法的前提条件为，网络中的中继节点数目不小于用户数目，本方案中，由于每个用户分得消息向量的一个分量用于传输自己的数据，则对于m个用户来说，设置极化码参数K＝m，而码字长度N则对应该网络所需的中继节点数目，对于码码字长度N的选取，如果从节省资源的角度考虑，可以选择一个整数N使其满足N＝2n，n为正整数且N≥m（当等号成立时无纠错能力）且N小于网络所需的节点数目的最小值；如对纠错性能要求较高，N的值可以选择网络所需的中继节点数目的最大值。当确定参数(N,K)以后，按照现有的关于极化码的生成矩阵的构造方法，构造本专利技术的极化码生成矩阵GP，主要包括下列步骤：（1）由基础矩阵对其做N次直积得GN＝，则GN为一个N×N的矩阵；（2）根据信道转移概率，选择使得巴氏参数（Bhattacharyyaparameter）最小的K个上标标号i'，构成消息集合A；（3）选取GN矩阵中行号为消息集合A的所有元素的行组成一个生成矩阵GP。通常在构造消息集合A的，若与信道无关的极化码能满足网络通信需求，则可以按照擦除信道递归方法进行选择，巴氏参数z1,1的初始值可以选择1/2；若需要构造信道相关极化码，由于区域内网络情况相近，可以选择一条具有代表性的链路对其信道状况进行检测，并将此信道的转移概率作为极化码构建的先验参数。当已构建好用于网络协作通信的生成矩阵GP后，在消息的发送端，m（m＝K）个用户每发送一个消息比特，则此时发送端共发送出K个消息比特，这K个消息比特并不发送到所有中继，如图1所述的网络连接图，基于图1所示的网络，其对应的生成矩阵GP可表示为：其中行向量分别对应图1所示的用户1、2、…、K，列向量分别对应各中继节点，如图1所示的中继1、2、…、N，每个中继节点所接收到的用户发送的消息由该中继所对应的列所决定，当第j（j＝1,2,…,N）列第i行为1时，则中继j接收用户i（i＝1,2,…,K）所发送的消息比特，若为0则不接收（从另一个角度来说，第i个用户将消息发送给第i行中元素为1所代表的中继，实际上网络拓扑是GP所代表的偶图）。在各中继节点处，将所有接收到的消息比特进行二元域加法（模二加）并发送给接收端，接收端接收到所有的中继消息r1,…,rj,…rN（其中rj表示接收端从中继j接收到的消息）后，重组成与矩阵GP对应的极化码码字，即对应各个中继节点在矩阵GP中的排列顺序，将各中继消息顺序组合成一个接收向量(r1,…,rj,…rN)后，执行极化码译码便可得到m个用户发送的消息。另外，基于本专利技术构造的极化码生成矩阵，可以考虑如下两个措施来节省网络传输资源：第一：若在所构建的极化码的生成矩阵GP中某列l（l∈{1,2,…,N}）仅有第i行元素为1，则可以在网络中去掉中继l，让用户i直接向接收端发送消息本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于极化码的网络编码协作通信方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：构造极化码生成矩阵GP：确定加极化码参数N，K，其中，N表示码字长度，K表示信息位长度：所述极化码参数N大于或等于用户个数m且小于网络需求中继节点数目的最小值，并且N＝2n，n为正整数；所述极化码参数K等于用户个数m；并且用户个数m小于或等于当前网络的中继节点数目；基于所述极化码参数N，K构造极化码生成矩阵GP，所述矩阵GP的每列对应一个中继节点，每一行对应一个用户；步骤2：各中继节点基于矩阵GP接收对应用户所发送的信息：当矩阵GP第j列第i行为“1”时，则与第j列对应的中继节点接收与第i行所对应的用户发送的消息；步骤3：各中继节点对接收的消息进行二元域加法处理后，向接收端发送；步骤4：接收端将接收的各中继节点的中继消息rj，按顺序排列N个中继消息rj构成极化码码字，执行极化码译码处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于极化码的网络编码协作通信方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：构造极化码生成矩阵GP：确定极化码参数N，K，其中，N表示码字长度，K表示信息位长度：所述极化码参数N大于或等于用户个数m且小于网络需求中继节点数目的最小值，并且N＝2n，n为正整数；所述极化码参数K等于用户个数m；并且用户个数m小于或等于当前网络的中继节点数目；基于所述极化码参数N，K构造极化码生成矩阵GP，所述矩阵GP的每列对应一个中继节点，每一行对应一个用户；在所述生成矩阵GP的第l列中，若有且仅有第r行的元素为“1”，则将第i行所对应的用户i直接与接收端相连，在当前网络中取消与第l列所对应的中继节点Rl；步骤2：各中继节点基于矩阵GP接收对应用户所发送的信息：当矩阵GP第j列第i行为“1”时，则与第j列对应的中继节点接收与第i行所对应的用户发送的消息；步骤3：各中继节点对接收的消息进行二元域加法处理后，向接收端发送；步骤4：接收端将接收的各中继...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，史治平，李超，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51