本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)講涉及一種降低OFDM系統(tǒng)中峰均比的編碼方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)線接入和光纖寬帶承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有巨大需求。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))作為一種新型的數(shù)字調(diào)制技術(shù)具有頻譜效率高、抗多徑衰落等優(yōu)點(diǎn)，可以有效解決通信信道中的多徑衰落以及帶寬受限的問題，具有非常廣闊的發(fā)展前景。OFDM中多個(gè)子載波的隨機(jī)累加會(huì)產(chǎn)生較大的信號(hào)峰值，表現(xiàn)為高PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰均比)，要求放大器具有較大的線性動(dòng)態(tài)范圍，因而增加放大器的成本，同時(shí)會(huì)降低放大器效率，如果峰值超過高功率放大器的線性動(dòng)態(tài)范圍，還會(huì)造成帶內(nèi)失真和帶外干擾。因此，降低PAPR是OFDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，具有很重要的意義。

矩陣變換算法可以用來(lái)降低PAPR，矩陣變換對(duì)原始輸入序列進(jìn)行線性變換改善信號(hào)PAPR的統(tǒng)計(jì)分布，并不破壞子載波的正交性。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)序列的非周期自相關(guān)函數(shù)值較小時(shí)，OFDM信號(hào)的PAPR值將比較低，所以選擇適當(dāng)?shù)木仃噷?duì)輸入序列進(jìn)行變換，就可以達(dá)到降低信號(hào)的PAPR。由于預(yù)編碼矩陣的種類和數(shù)量有限，如何構(gòu)造矩陣就成為這種算法的一個(gè)難點(diǎn)，而且固定的預(yù)編碼矩陣并不能保證PAPR最優(yōu)，使用不同的預(yù)編碼矩陣可能得到更低PAPR，代價(jià)是需要更多的數(shù)字處理，以及需要傳遞額外附加信息，使系統(tǒng)成本增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種降低OFDM系統(tǒng)中峰均比的編碼方法與系統(tǒng)，使用具有循環(huán)特性的預(yù)編碼矩陣，有效降低PAPR，計(jì)算量和傳遞的附加信息很小，有利于降低系統(tǒng)成本。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取一種降低OFDM系統(tǒng)中峰均比的編碼方法，包括：在發(fā)送端和接收端均設(shè)置基于ZC序列的基矩陣，基矩陣進(jìn)行循環(huán)移位得到不同的循環(huán)矩陣；在發(fā)送端，待發(fā)送數(shù)據(jù)分別乘以不同的循環(huán)矩陣，分別計(jì)算得到峰均比，選擇具有最小峰均比的一組數(shù)據(jù)用于傳輸，同時(shí)，將如何得到所選循環(huán)矩陣的信息作為副信息一同傳輸；在接收端，提取接收數(shù)據(jù)中的副信息，根據(jù)副信息和基矩陣得到發(fā)送端選擇的循環(huán)矩陣，循環(huán)矩陣逆變換得到逆矩陣，逆矩陣與接收數(shù)據(jù)相乘得到解碼后的數(shù)據(jù)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在發(fā)送端，待發(fā)送數(shù)據(jù)先由bit序列映射成正交振幅調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過IFFT變換后，再分別乘以不同的循環(huán)矩陣。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在發(fā)送端，具有最小峰均比的一組數(shù)據(jù)和副信息通過并串變換，將OFDM幀變成待傳輸數(shù)據(jù)流。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在接收端，通過自相關(guān)找到接收到數(shù)據(jù)的OFDM幀頭，將數(shù)據(jù)序列變成OFDM幀，再提取接收數(shù)據(jù)中的副信息。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在接收端，將解碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT變換，再經(jīng)過信道均衡處理算法處理后，由正交振幅調(diào)制信號(hào)映射回bit序列。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在發(fā)送端，將待傳輸數(shù)據(jù)流加入循環(huán)前綴后發(fā)送至接收端；在接收端，通過自相關(guān)找到接收到數(shù)據(jù)的OFDM幀頭，去除發(fā)送端添加的循環(huán)前綴。

本發(fā)明還提供一種降低OFDM系統(tǒng)中峰均比的編碼系統(tǒng)，發(fā)送端包括：

信號(hào)映射模塊，用于將待發(fā)送數(shù)據(jù)按調(diào)制階數(shù)將bit位分組后映射正交振幅調(diào)制信號(hào)；

IFFT模塊，用于將所述正交振幅調(diào)制信號(hào)從頻域變換到時(shí)域；

矩陣編碼模塊，內(nèi)部設(shè)有基于ZC序列的基矩陣，用于將基矩陣進(jìn)行循環(huán)移位得到不同的循環(huán)矩陣，計(jì)算變換到時(shí)域的數(shù)據(jù)與不同的循環(huán)矩陣相乘后的峰均比，選擇具有最小峰均比的一組數(shù)據(jù)用于傳輸，同時(shí)傳遞副信息，副信息為如何得到所選循環(huán)矩陣的信息；

并串轉(zhuǎn)換模塊，用于將最小峰均比的一組數(shù)據(jù)的OFDM幀變成待傳輸數(shù)據(jù)流；

接收端包括：

同步模塊，用于通過自相關(guān)找到接收數(shù)據(jù)的OFDM幀頭；

串并變換模塊，用于將數(shù)據(jù)序列變換成OFDM幀；

矩陣解碼模塊，內(nèi)部設(shè)有基于ZC序列的基矩陣，用于根據(jù)所述OFDM幀中的副信息和基矩陣，得到發(fā)送端選擇的循環(huán)矩陣，還用于將循環(huán)矩陣逆變換得到逆矩陣，逆矩陣與接收數(shù)據(jù)相乘得到解碼后的數(shù)據(jù)；

FFT模塊，用于將解碼后的數(shù)據(jù)由時(shí)域變換到頻域；

信道均衡模塊，用于將FFT模塊處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過信道均衡處理；

信號(hào)逆映射模塊，用于將正交振幅調(diào)制信號(hào)映射回bit序列。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，發(fā)送端還包括加循環(huán)前綴模塊，用于增加循環(huán)前綴；接收端還包括去循環(huán)前綴模塊，用于去除發(fā)送端添加的循環(huán)前綴。

本發(fā)明的有益效果在于：

在OFDM系統(tǒng)中使用具有相同基矩陣的循環(huán)矩陣，基矩陣由ZC序列形成，在發(fā)送端，數(shù)據(jù)分別與循環(huán)矩陣相乘后，選取PAPR低的多載波信號(hào)進(jìn)行傳輸，在接收端，選擇對(duì)應(yīng)的循環(huán)矩陣進(jìn)行逆變換實(shí)現(xiàn)解碼，有效降低PAPR；由于附加信息為如何選擇對(duì)應(yīng)循環(huán)矩陣的信息，因此附件信息很小，計(jì)算量也較小，有利于降低系統(tǒng)成本。

在發(fā)送端，待發(fā)送數(shù)據(jù)流加入循環(huán)前綴后發(fā)送至接收端；在接收端先去除循環(huán)前綴即可，循環(huán)前綴的增加能夠?qū)苟鄰叫?yīng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例降低OFDM系統(tǒng)中峰均比的編碼系統(tǒng)示意圖；

圖2為圖1中發(fā)送端矩陣編碼模塊內(nèi)部示意圖；

圖3為圖1中接收端矩陣解碼模塊內(nèi)部示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明降低OFDM系統(tǒng)中峰均比的編碼方法，包括：

在發(fā)送端和接收端均設(shè)置基于ZC序列的基矩陣，基矩陣進(jìn)行循環(huán)移位得到不同的循環(huán)矩陣；

在發(fā)送端，待發(fā)送數(shù)據(jù)分別乘以不同的循環(huán)矩陣，分別計(jì)算得到PAPR，選擇具有最小PAPR的一組數(shù)據(jù)用于傳輸，同時(shí)，將如何得到所選循環(huán)矩陣的信息作為副信息一同傳輸；

在接收端，提取接收數(shù)據(jù)中的副信息，根據(jù)副信息和基矩陣得到發(fā)送端選擇的循環(huán)矩陣，循環(huán)矩陣逆變換得到逆矩陣，逆矩陣與接收數(shù)據(jù)相乘得到解碼后的數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例中，具體的：

在發(fā)送端，待發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)制階數(shù)先由bit序列映射成QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調(diào)制)信號(hào)；再將信號(hào)進(jìn)行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform快速傅里葉逆變換)變換，將數(shù)據(jù)從頻域變換到時(shí)域；然后將數(shù)據(jù)分別乘以不同的循環(huán)矩陣，分別計(jì)算得到PAPR，選擇具有最小PAPR的一組數(shù)據(jù)用于傳輸，同時(shí)，將如何得到所選循環(huán)矩陣的信息作為副信息一同傳輸；再通過并串變換，將OFDM幀變成待傳輸數(shù)據(jù)流；最后將待傳輸數(shù)據(jù)流加入循環(huán)前綴后，經(jīng)過信道發(fā)送至接收端，增加循環(huán)前綴是為了對(duì)抗多徑效應(yīng)。

在接收端，首先通過自相關(guān)找到接收到數(shù)據(jù)的OFDM幀頭，再去除發(fā)送端添加的循環(huán)前綴；然后經(jīng)過串并變換，將數(shù)據(jù)序列變成OFDM幀；提取接收數(shù)據(jù)中的副信息，根據(jù)副信息和基矩陣得到發(fā)送端選擇的循環(huán)矩陣，循環(huán)矩陣逆變換得到逆矩陣，逆矩陣與接收數(shù)據(jù)相乘得到解碼后的數(shù)據(jù)；將解碼后的數(shù)據(jù)經(jīng)過FFT(Fast Fourier Transform快速傅里葉變換)變換，由于信號(hào)在信道傳輸過程中受到各種噪聲和干擾影響，因此需要經(jīng)過必要的信道均衡處理以減少信道損傷，最后按信號(hào)編碼格式將高階QAM信號(hào)映射回bit序列

本發(fā)明的原理在于：

假設(shè)待傳輸?shù)膹?fù)域信號(hào)為X＝[X₁,X₂,X₃..,X_n],n＝(1,2,3,..N)，N為變換矩陣的行數(shù)。采用的循環(huán)變換基矩陣F為

其中c_i是ZC(Zadoff-Chu)序列的對(duì)應(yīng)元素，個(gè)數(shù)為N。ZC序列具有理想的周期自相關(guān)特性，各行通過循環(huán)移位得到且相關(guān)性為零。因此以ZC序列為基礎(chǔ)構(gòu)建的基矩陣F具有正交性，且F的共軛轉(zhuǎn)置乘以F得到單位矩陣。這意味著數(shù)據(jù)乘以基矩陣F后并不改變其正交性，在接收端再乘以其共軛轉(zhuǎn)置可恢復(fù)回來(lái)。

對(duì)基矩陣F進(jìn)行循環(huán)移位可得到不同的循環(huán)矩陣，且不同的循環(huán)矩陣仍保持正交性。如相鄰列循環(huán)移2位可得到循環(huán)矩陣F₂：

F₂中，N為偶數(shù)。上述過程中，待發(fā)送數(shù)據(jù)乘以基矩陣F或循環(huán)移位得到的循環(huán)矩陣F₂后，可以降低實(shí)際發(fā)送信號(hào)的PAPR。待發(fā)送數(shù)據(jù)乘以不同循環(huán)矩陣后得到的發(fā)送信號(hào)PAPR不同，因此，可以選擇具有最低PAPR的結(jié)果進(jìn)行傳輸，同時(shí)將如何得到所選循環(huán)矩陣的信息作為副信息傳輸。接收端接收副信息后，可根據(jù)已知的基矩陣F得到對(duì)應(yīng)的循環(huán)矩陣F₂，完成逆變換。相對(duì)于傳統(tǒng)的變換矩陣降低PAPR，本方法通過選擇最優(yōu)的循環(huán)矩陣，可以進(jìn)一步優(yōu)化PAPR。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例降低OFDM系統(tǒng)中峰均比的編碼系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端。

發(fā)送端包括：

信號(hào)映射模塊，用于將待發(fā)送數(shù)據(jù)按調(diào)制階數(shù)將bit位分組后映射成QAM信號(hào)；

IFFT模塊，用于將所述QAM信號(hào)從頻域變換到時(shí)域；

矩陣編碼模塊，內(nèi)部設(shè)有基于ZC序列的基矩陣，用于將基矩陣進(jìn)行循環(huán)移位得到不同的循環(huán)矩陣，如圖2中的循環(huán)矩陣F₁到F_n，計(jì)算變換到時(shí)域的數(shù)據(jù)與不同的循環(huán)矩陣相乘后的峰均比，通過比較，選擇具有最小PAPR的一組數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)傳遞副信息，副信息為如何得到所選循環(huán)矩陣的信息；

并串轉(zhuǎn)換模塊，用于將最小PAPR的一組數(shù)據(jù)的OFDM幀變成待傳輸數(shù)據(jù)流；

加循環(huán)前綴模塊，用于對(duì)待傳輸數(shù)據(jù)流增加循環(huán)前綴，以對(duì)抗多徑效應(yīng)。

接收端包括：

同步模塊，用于通過自相關(guān)找到接收數(shù)據(jù)的OFDM幀頭；

去循環(huán)前綴模塊，用于去除發(fā)送端添加的循環(huán)前綴；

串并變換模塊，用于將數(shù)據(jù)序列變換成OFDM幀；

矩陣解碼模塊，內(nèi)部設(shè)有基于ZC序列的基矩陣，如圖3所示，用于根據(jù)所述OFDM幀中的副信息和基矩陣，得到發(fā)送端選擇的循環(huán)矩陣，將循環(huán)矩陣逆變換得到逆矩陣，逆矩陣與接收數(shù)據(jù)相乘得到解碼后的數(shù)據(jù)；

FFT模塊，用于將解碼后的數(shù)據(jù)由時(shí)域變換到頻域；

信道均衡模塊，用于將FFT模塊處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過信道均衡處理；

信號(hào)逆映射模塊，用于將QAM信號(hào)映射回bit序列。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。