專利名稱：一種降低多載波系統(tǒng)峰均功率比的信息傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無線多載波通信，如無線正交頻分復(fù)用(OFDM)通信，具體涉及一種聯(lián)合低密度奇偶校驗碼(LDPC)和部分傳輸序列法降低多載波通信系統(tǒng)峰均功率比并不發(fā)送邊帶信息的信息傳輸方法。
背景技術(shù)：
多載波通信技術(shù)，尤其是正交頻分復(fù)用(OFDM)通信技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于無線通信中。然而，多載波通信的一個主要缺點是多載波通信信號具有較高的峰值與平均值功率t匕，簡稱峰均功率比(PAPR)。較高的PAPR要求通信系統(tǒng)中的射頻前端，如功率放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等具有較寬的線性動態(tài)范圍。若使用較寬線性動態(tài)范圍的射頻前端則會導(dǎo)致基站和 終端的成本均大大增加；若使用較窄線性動態(tài)范圍的射頻前端會導(dǎo)致帶內(nèi)信號失真和帶外頻譜泄露，造成多載波通信系統(tǒng)性能大幅下降。為了降低OFDM信號的PAPR，人們提出了很多解決方案。其中部分傳輸序列法(PTS)可以顯著地降低PAPR并且不會造成多載波信號的失真。一個OFDM頻域信號X= [x (I), X (2),…，x(N。)]，其中x(k)表示第k個子載波上經(jīng)過相移鍵控調(diào)制(PSK)或正交幅度調(diào)制(QAM)的信號，Nc表示子載波的數(shù)量。采用PTS方法降低PAPR的主要思路是首先，將OFDM頻域信號X分為W個互不相交的頻域子序列，X(1)，X(2),…，Xw，其中頻域子序列X(w) = [x(w) (I)，x(w) (2)，…，xw (Nc) ] (w=l, 2，…，W)，并且該分組滿足以下兩個
條件I) x(w) (k) =0 或 X (k)，w=l, 2，..., W，k=l, 2，..., Nc ；2)工X。。= X ο
u=l然后，對每個頻域子序列Xw乘以相位旋轉(zhuǎn)因子Pw并求和得到經(jīng)過PTS處理后的
H'
頻域序列XPTS，即Xra = Σρ''.χ“'.、。這里的相位旋轉(zhuǎn)因子Pw —般在-I，Ljj-J四個離散值
中選取，其中,/ = 0通過遍歷W個相位因子所有可能的值，則可以產(chǎn)生2W種不同的候選頻域序列，經(jīng)過快速傅里葉逆變換(IFFT)后則對應(yīng)2W種時域信號。最后，計算2W種時域信號的PAPR值，選擇PAPR最小的時域信號發(fā)送出去。同時，所對應(yīng)的相位旋轉(zhuǎn)因子組合[P1，…，Pw]也必須作為邊帶信息發(fā)送到接收端，以便能準(zhǔn)確的恢復(fù)出原始信號。由上可見，雖然PTS方法能有效地降低OFDM信號的PAPR，但是需要將發(fā)射端所采用的相位旋轉(zhuǎn)因子作為邊帶信息發(fā)送到接收端，并且為了保證邊帶信息正確傳輸，需要增加額外的比特進(jìn)行保護(hù)，這樣會導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率下降并且增加了系統(tǒng)復(fù)雜度。本發(fā)明則是為解決PTS方法的這一缺陷而提出。

發(fā)明內(nèi)容
針對多載波通信信號具有較高的PAPR，而部分傳輸序列法在降低PAPR的同時導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率下降等缺點，本發(fā)明提出了一種降低OFDM信號PAPR的信息傳輸方法，該方法在降低OFDM信號PAPR的同時，不會對系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率造成影響。本發(fā)明提供的一種降低多載波系統(tǒng)峰均功率比的信息傳輸方法，包括發(fā)送端的處理過程和接收端的處理過程，發(fā)送端的處理過程為發(fā)送端經(jīng)過LDPC編碼得到編碼比特集合A，再進(jìn)行交織和調(diào)制得到OFDM頻域序列，然后利用部分傳輸序列法PTS降低OFDM信號的PAPR，并發(fā)送至接收端；其特征在于，所述接收端的處理過程為第BI步接收、解調(diào)、解交織步驟對接收到的信號進(jìn)行快速傅里葉變換，解調(diào)制和解交織得到數(shù)據(jù)序列Ypts ；第B2步LDPC譯碼步驟按照步驟(B21)至(B23)對接收端得到的序列Ypts進(jìn)行譯碼 (B21)依據(jù)發(fā)送端LDPC編碼時所采用的Tanner圖(V，C，E)構(gòu)造對應(yīng)的擴(kuò)展Tanner圖(VEX，C，Eex)，構(gòu)造得到擴(kuò)展校驗矩陣Hex ;其中V表示變量節(jié)點集合，與編碼比特——對應(yīng)，V=V0 U V1 U . . . U V1, W表示部分傳輸序列的子序列數(shù)，W為正整數(shù)；(表示校驗節(jié)點集合，E表示連接變量節(jié)點和校驗節(jié)點的邊；Ver = 1T1 UV^x Li...
V1^x =￥M LJ {dv } dw表示增加的一個相位節(jié)點，w=l, 2, .“，W，集合Eex由原始Tanner圖中邊的集合E和連接至相位節(jié)點dw的邊所組成,其中，w=l, 2, ---W ；(B22)依據(jù)發(fā)送端利用部分傳輸序列法PTS時相同的數(shù)據(jù)塊劃分方式，相應(yīng)地將接收到的數(shù)據(jù)序列Ypts劃分為W+1組-H,…，Y^s，進(jìn)一步得到擴(kuò)展數(shù)據(jù)序列Yr,, =TY0 Y' D γ'ζρI,其中Yw =[￥" ,0];
CLP I ^ CU)”"，CLP J ^ 1 CUi L ns5 J(B23)采用擴(kuò)展校驗矩陣Hex對擴(kuò)展數(shù)據(jù)序列Yap進(jìn)行解碼，得到的碼字為級聯(lián)LDPC-PTS碼對應(yīng)的碼字Zap ;在正確譯碼情況下，Zclp=Aclp ;其中，Aclp包含W+1個子向量A05A^ij,,...,AJlp，且A: =[A；；is,r]為等效發(fā)送碼字ApTS的第w個子序列，bw為相位比特，w=l, 2, ···, W ；第B3步提取相位信息步驟提取出譯碼得到的碼字Aap的相位比特Id1, b2,…，bw ；第B4步恢復(fù)信息比特依據(jù)第B3步提取的相位信息，對編碼比特子集合A按照如下方式進(jìn)行恢復(fù)
Γα° W = OAw=I ,
|A;rs r,w=i’2”.”r得到編碼比特集合A后，則進(jìn)一步恢復(fù)出信息比特。本發(fā)明提供了一種降低多載波通信信號PAPR的方法，該方法在發(fā)送端，輸入數(shù)據(jù)流經(jīng)過LDPC編碼、交織和QPSK/QAM調(diào)制后，使用部分傳輸序列法降低比PAPR，不需要將相位旋轉(zhuǎn)因子發(fā)送至接收端。其中，將LDPC編碼和PTS旋轉(zhuǎn)操作所對應(yīng)的編碼稱作級聯(lián)LDPC-PTS碼。該方法在接收端通過對發(fā)送端所采用的LDPC校驗矩陣進(jìn)行擴(kuò)展，從而依據(jù)所得到的擴(kuò)展校驗矩陣對LDPC碼字和相位比特信息進(jìn)行聯(lián)合解碼，進(jìn)而恢復(fù)信息比特，因而不需要發(fā)送邊帶信息，不會引起系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率下降。本發(fā)明提出的降低OFDM信號PAPR的信息傳輸方法可以降低OFDM信號PAPR的同時，不會對系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率造成影響，在部分傳輸序列法所采用的分組數(shù)較少時，也幾乎不造成誤碼率性能損失，可應(yīng)用于采用多載波技術(shù)的各種通信系統(tǒng)。


圖I是本發(fā)明中Tanner圖重構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的信息傳輸方法發(fā)射端和接收端的流程框圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明將部分傳輸序列法視作編碼步驟之一，并將LDPC編碼和PTS旋轉(zhuǎn)操作所對 應(yīng)的編碼稱作級聯(lián)LDPC-PTS碼。設(shè)OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù)位N。，Nc為正整數(shù)；設(shè)部分傳輸序列的子序列數(shù)為W，W為正整數(shù)。采用部分傳輸序列法降低PAPR并得到級聯(lián)LDPC-PTS碼的步驟為(I) PTS 法降低 PAPR 步驟為(I. I)至(I. 3):(I. I)數(shù)據(jù)塊劃分一個 OFDM 頻域信號 X=[x(l)，x(2)，…，X(Nc)]，其中 x(k)表示第k個子載波上經(jīng)過正交幅度調(diào)制(QAM)的信號，Nc表示子載波的數(shù)量。將OFDM頻域信號X分為W個互不相交的頻域子序列，Χω，Χ(2)，…，X(w)，其中頻域子序列X(w) = [x(w)
(I)，x(w) (2)，…，xw (Nc) ] (w=l, 2，…，W)，并且該分組滿足以下兩個條件I) xw (k) =0或
ψ
x(k),w=l, 2, ...，W，k=l，2，...，NC ;2)=X;( I. 2)旋轉(zhuǎn)操作確定相位旋轉(zhuǎn)因子Pw取值集合為{-1，1}，對每個頻域子序列X(w)
W
乘以相位旋轉(zhuǎn)因子Pw并求和得到經(jīng)過PTS處理后的頻域序列Xpts, BPXfts =J^pwXiwy。通
過遍歷W個相位旋轉(zhuǎn)因子所有可能的值，則可以產(chǎn)生2W種不同的候選頻域序列；(I. 3)對(2)中產(chǎn)生的2W種不同的候選頻域序列進(jìn)行快速傅里葉逆變換(IFFT)，則得到2W種時域信號，計算每個時域信號的PAPR值，選擇PAPR值最小的信號作為發(fā)送信號，經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后發(fā)送至接收端。(2)級聯(lián)LDPC-PTS碼及其對應(yīng)的擴(kuò)展Tanner圖(2. I)對于被廣泛采用的格雷映射PSK/QAM調(diào)制方式，當(dāng)某個PSK/QAM符號乘以相位旋轉(zhuǎn)因子-I時，該P(yáng)SK/QAM符號所對應(yīng)的比特集合中只有部分比特會發(fā)生反轉(zhuǎn)，而其他比特則保持不變，所述反轉(zhuǎn)是指將比特O變?yōu)楸忍?，或比特I變?yōu)楸忍豋。當(dāng)相位旋轉(zhuǎn)因子？"“=。]，…，W)由I變?yōu)?I時，將此時會發(fā)生反轉(zhuǎn)的比特集合記為Aw;將不受PTS旋轉(zhuǎn)操作影響的比特集合記為A°。由于LDPC編碼比特A與N。個QPSK/QAM符號所對應(yīng)的比特集合一一對應(yīng)，也即LDPC編碼比特集合A被劃分為W+1個子向量A°，A1，…，Aw。將經(jīng)過部分傳輸序列法中旋轉(zhuǎn)操作后所對應(yīng)的子向量集合分別表不為A11Its，ApisA^rs
權(quán)利要求
1.一種降低多載波系統(tǒng)峰均功率比的信息傳輸方法，包括發(fā)送端的處理過程和接收端的處理過程，發(fā)送端的處理過程為發(fā)送端經(jīng)過LDPC編碼得到編碼比特集合A，再進(jìn)行交織和調(diào)制得到OFDM頻域序列，然后利用部分傳輸序列法PTS降低OFDM信號的PAPR，并發(fā)送至接收端；其特征在于，所述接收端的處理過程為 第BI步接收、解調(diào)、解交織步驟 對接收到的信號進(jìn)行快速傅里葉變換，解調(diào)制和解交織得到數(shù)據(jù)序列Ypts ； 第B2步LDPC譯碼步驟 按照步驟(B21)至(B23)對接收端得到的序列Ypts進(jìn)行譯碼 (B21)依據(jù)發(fā)送端LDPC編碼時所采用的Tanner圖(V，C，E)構(gòu)造對應(yīng)的擴(kuò)展Tanner圖(Vex, C，Eex),構(gòu)造得到擴(kuò)展校驗矩陣Hex ;其中V表示變量節(jié)點集合，與編碼比特一一對應(yīng)，V=V0 U V1 U . . . U Vw，W表示部分傳輸序列的子序列數(shù)，W為正整數(shù)；C表示校驗節(jié)點集合，ε表示連接變量節(jié)點和校驗節(jié)點的邊；￥ = V0 U ν；χ υ·.·υν二 ,V1^x = Vw U Icr}, cf表示增加的一個相位節(jié)點，W=l，2，…，W，集合Eex由原始Tanner圖中邊的集合E和連接至相位節(jié)點dw的邊所組成,其中，w=l, 2,…W ； (B22)依據(jù)發(fā)送端利用部分傳輸序列法PTS時相同的數(shù)據(jù)塊劃分方式，相應(yīng)地將接收到的數(shù)據(jù)序列Ypts劃分為W+1組:d”", Yi1ls，進(jìn)一步得到擴(kuò)展數(shù)據(jù)序列 (Β23)采用擴(kuò)展校驗矩陣Hex對擴(kuò)展數(shù)據(jù)序列Yap進(jìn)行解碼，得到的碼字為級聯(lián)LDPC-PTS碼對應(yīng)的碼字Zap ;在正確譯碼情況下，Zclp=Axlp ;其中，Aclp包含W+1個子向量A0sA1cip,.,.,Am，且=IaIs^I Α:為等效發(fā)送碼字Apts的第W個子序列，bw為相位比特，w=l, 2, ···, W ； 第B3步提取相位信息步驟 提取出譯碼得到的碼字Aap的相位比特b” b2,…，bff ； 第B4步恢復(fù)信息比特 依據(jù)第B3步提取的相位信息，對編碼比特子集合A按照如下方式進(jìn)行恢復(fù) IA0, w = 0 ~\A^smhw,w=tX,..,W 得到編碼比特集合A后，則進(jìn)一步恢復(fù)出信息比特。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低多載波系統(tǒng)峰均功率比的信息傳輸方法，其特征在于，所述利用部分傳輸序列法PTS降低OFDM信號的PAPR的步驟為 (Al)數(shù)據(jù)塊劃分將OFDM頻域信號X分為W個互不相交的頻域子序列，Χα)，Χ(2),…，Xw，其中頻域子序列Xw = [xw⑴，x(w)⑵，…，x(w) (Nc)]，并且該分組滿足以下兩個條件1) x(w) Κ(k) =0 或 X (k)，w=l, 2，…，W，k=l, 2，…，Nc ；2) ^Xhs} = X ; Η'~ I (A2)旋轉(zhuǎn)操作確定相位旋轉(zhuǎn)因子pw取值集合為{-1，1}，對每個頻域子序列Xw乘以 W相位旋轉(zhuǎn)因子Pw并求和得到經(jīng)過PTS處理后的頻域序列Xpts,即Xpts0通過遍w 二I歷W個相位旋轉(zhuǎn)因子所有可能的值，則可以產(chǎn)生2W種不同的候選頻域序列； (A 3)對步驟(A2)中產(chǎn)生的2W種不同的候選頻域序列進(jìn)行快速傅里葉逆變換IFFTJU得到2W種時域信號，計算每個時域信號的PAPR值；選擇PAPR最小的時域信號作為發(fā)送信號，并行串并轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低多載波信號峰均功率比的信息傳輸方法，屬于采用多載波信號的通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及無線多載波通信。該發(fā)明中，在發(fā)射端，輸入數(shù)據(jù)流經(jīng)過LDPC編碼、交織和QPSK/QAM調(diào)制后，使用部分傳輸序列法降低峰均功率比，不需要將相位旋轉(zhuǎn)因子發(fā)送至接收端。在接收端，接收到的信號經(jīng)傅里葉變換后進(jìn)行解交織和解調(diào)制，然后擴(kuò)展校驗矩陣進(jìn)行LDPC解碼，解碼的碼字中包含了編碼比特和相位旋轉(zhuǎn)信息，因而在提取出相位信息后即可正確恢復(fù)信息比特。本發(fā)明能有效地降低OFDM信號的峰均功率比，同時不需要發(fā)送邊帶信息，提高了系統(tǒng)的頻譜利用率。
文檔編號H04L1/00GK102916923SQ20121038873
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者屈代明, 李立 申請人:華中科技大學(xué)