CN101267289A - 一种多载波数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多载波数据传输方法，该方法包括：A.发射端对原始信号编码，并进行频率分块，按照每种CFPI方式，对全部发射天线的各对应频率块同步进行置换和/或求反处理；B.计算所有置换和/或求反处理结果的峰平比PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式；C.将最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果形成为主信息，将被选CFPI方式信息作为副信息，发送给接收端；D.接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式，并将主信息还原为原始信号。本发明中技术方案能够有效地提高PAPR抑制性能。

Description

一种多载波数据传输方法

技术领域

本发明涉及无线通信中的多载波技术，尤其涉及一种多载波数据传输方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的不断发展和成熟，诸如正交频分复用(OFDM)等多载波技术由于所具有的抗多径能力强、数据传输率大、资源分配灵活等优点，而受到广泛关注，并将成为继码分多址(CDMA)之后的又一核心技术。

多载波技术的核心思想在于在频域内将给定的信道分成若干个独立的子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。可见，多载波信号由一系列子信道信号在时域累加后而重叠起来，这样会在某些时刻出现较大的尖峰脉冲，很容易造成较大的峰平比(PAPR，Peak-to-average-power ratio)，即信号的最大峰值功率与平均功率之比较大。由于现有的功率放大器无法对频率范围较大的信号进行线性放大，因此存在较高PAPR的信号在通过功率放大器时会产生较大的频谱扩展和严重的带内失真，造成子信道间的相互干扰，从而影响OFDM系统的性能。并且，在具有良好发展前景的多输入多输出(MIMO)与OFDM技术相结合的MIMO-OFDM系统中，需要在多根天线之间进行编码操作，那么较高PAPR所带来的影响更加严重。

针对MIMO-OFDM系统，目前在多载波的传输过程中存在一种基于空时分组编码(space-time block coding)系统的利用跨天线旋转求反(CARI)技术来降低PAPR的方法。在该CARI方法中，首先，在第一个OFDM符号周期内按照相同的方式对每根发射天线上经过空时分组编码的原始信号进行频率分块。例如：MIMO-OFDM系统中共存在两根发射天线，将发射天线1上的信号划分为频率块X₁₁和X₁₂，将发射天线2上的信号划分为X₂₁和X₂₂，并且全部发射天线上对应频率块的长度相同。而后，在各发射天线的一组对应频率块之间进行旋转搬移和/或反转变换处理，并且其余各组对应频率块保持不变。例如，针对第一组频率块，可以将X₁₁和X₂₁交换位置和/或求反，而两根发射天线上的第二组频率块均保持不变，那么可以得到的所有处理结果包括：

$\left[\begin{array}{cc}{X}_{11}& X_{12}\\ X_{21}& X_{22}\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{cc}{-X}_{11}& X_{12}\\ -X_{21}& X_{22}\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{cc}{X}_{21}& X_{12}\\ X_{11}& X_{22}\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{cc}{-X}_{21}& X_{12}\\ -X_{11}& X_{22}\end{array}\right].$

当完成每一组对应频率块之间的旋转搬移和/或反转变换处理后，再针对上述每个处理结果计算PAPR值，选择PAPR值符合要求的处理结果作为被选变换方式，并按照该被选变换方式在各根发射天线上发射信号。在第二个OFDM符号周期内，执行和第一个OFDM符号周期内对应相同的变换，并在各根天线上发射信号。

由于上述CARI方法仅在多根天线的对应频率块内执行旋转搬移和/或反转变换处理，得到的处理结果数量较少，即差异化的备选样本较少。在实际的应用中，该方法的PAPR抑制性能较差；并且，此种方法的处理中，分块数的增加对PAPR抑制性能的提高不够显著。

而且，上述CARI方法利用了MIMO-OFDM系统中空时分组编码的特殊编码结构，例如对于两根发射天线的MIMO-OFDM系统而言，以行代表帧时刻，以列代表发射天线，则在帧时刻1和帧时刻2的空时分组编码结构为：

$\left[\begin{array}{cc}{X}_1& X_2\\ {-X}_2^{*}& X_1^{*}\end{array}\right],$ 其中(·)^*表示对矢量中的每个元素求共轭。

由于矢量X与±X^*的PAPR相同，所以上述基于空时分组编码系统的CARI方法才能够通过独立处理第一个OFDM符号周期的信号并使得第二个OFDM符号周期的信号进行相应变换，来保证连续两个OFDM符号周期的信号拥有同样优化的PAPR性能。由于该方法仅能够基于空时分组编码系统，其应用领域的局限性相对较强。

发明内容

本发明提供一种多载波数据传输方法，以有效地提高PAPR的抑制性能。

在本发明的多载波数据传输方法中，包括以下步骤：

A.发射端对原始信号编码，并进行频率分块，按照每种CFPI方式，对全部发射天线的各对应频率块同步进行置换和/或求反处理；

B.计算所有置换和/或求反处理结果的峰平比PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式；

C.将最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果形成为主信息，将被选CFPI方式信息作为副信息，发送给接收端；

D.接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式，并将主信息还原为原始信号。

较佳地，所述确定跨频率置换求反CFPI方式包括：

在不同频率的频率块间进行置换和/或求反操作，将每种操作所得到的结果作为一种CFPI方式，并在发射端和接收端中进行保存。

较佳地，预先确定CFPI频率分块方式，步骤A所述发射端对原始信号进行编码，并进行频率分块包括：

发射端对所述原始信号进行空时或空频或空时频编码，并根据CFPI频率分块方式中的频率块数以及每个频率块的长度，将编码结果划分为一个或多个频率块。

较佳地，步骤B计算所有处理结果的峰平比PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式包括：

计算每个置换和/或求反处理结果中每根发射天线的PAPR，将每个置换和/或求反处理结果的所有PAPR构成一个PAPR组，并将每个PAPR组中的PAPR最大值作为对应处理结果的参考PAPR；

从所有参考PAPR中选择最小者，作为最优PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式。

较佳地，预先为每种CFPI方式确定对应的索引号，则步骤C所述将被选CFPI方式信息作为副信息包括：将被选CFPI方式的索引号作为副信息；

步骤D所述接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式包括：根据接收到的被选CFPI索引号，从所述预先确定的CFPI方式中查找到被选CFPI方式。

较佳地，步骤D所述将主信息还原为原始信号包括：

根据所确定的被选CFPI方式，对主信息中的信号执行相对应的解码操作，并将解码结果作为原始信号。

在本发明的一个实施例中，预先设置多组相位因子序列，所述步骤B与步骤C之间，进一步包括：

利用全部候选相位因子序列，分别对每根发射天线上最优PAPR对应的处理结果进行部分传输序列PTS处理，计算所生成的全部备选信号序列的PAPR，将最小PAPR作为最优PAPR，并将该最优PAPR对应的相位因子序列确定为被选相位因子序列；

步骤C所述将被选CFPI方式信息作为副信息的同时，进一步包括：将被选相位因子序列的索引号作为副信息。

这里，步骤D所述接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式的同时，进一步包括：根据副信息中的被选相位因子序列的索引号确定被选相位因子序列；

步骤D所述将主信息还原为原始信号之前，进一步包括：利用所述被选相位因子序列对主信息中的信号执行PTS处理的逆操作。

在本发明的又一实施例中，预先设置自适应螺纹代数空时ATAST频率分块方式以及旋转因子序列，步骤A所述发射端对原始信号编码包括：

按照螺纹代数空时TAST编码方式对原始信号进行线性变换和空频编码，得到编码矩阵；

按照所述ATAST频率分块方式对该编码矩阵进行频率分块，分别利用每种旋转因子序列对ATAST频率分块后的信号进行旋转处理；

计算每种旋转处理结果中每根发射天线的PAPR并构成PAPR组，将每个PAPR组中的最大值作为对应旋转处理结果的参考PAPR；

从所有旋转处理结果的参考PAPR中选择最小者，作为候选PAPR，并将候选PAPR对应的旋转因子序列确定为被选旋转因子序列。

较佳地，预先设置与发射天线数目相关的旋转矩阵，所述对原始信号进行线性变换和空频编码包括：将所述旋转矩阵与原始信号相乘。

较佳地，所述对ATAST频率分块后的信号进行旋转处理包括：将所述每种旋转因子序列分别与频率分块后的编码矩阵进行点乘。

较佳地，所述旋转因子序列包括：至少一个旋转因子，并且各旋转因子平均分布于单位圆上。

较佳地，步骤A所述进行频率分块包括：对所述候选PAPR对应的旋转处理结果进行CFPI频率分块。

较佳地，步骤C所述将最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果形成为主信息之前，进一步包括：对最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果进行快速傅立叶逆变换IFFT处理；

步骤D所述并将主信息还原为原始信号之前，进一步包括：对主信息中的信号进行快速傅立叶变换FFT处理。

较佳地，所述对最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果进行快速傅立叶逆变换IFFT处理之后，进一步包括：在IFFT处理结果上加入循环前缀；

所述对主信息中的信号进行快速傅立叶变换FFT处理之前，进一步包括：对主信息中的信号进行去循环前缀处理。

应用本发明，能够有效地提高PAPR抑制性能。具体而言，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中通过针对全部发射天线的各对应频率块同步进行置换和/求反处理，能够获得差异化显著的备选信号集空间，因此从概率意义上，能够有效地提高PAPR抑制性能；

2、由于本发明在每根发射天线上的频率块之间直接处理信号，所以在频率分块数目较多的情况下，能够产生差异化更为显著的备选信号集空间，因此PAPR抑制性能也能够进一步提高。

3、本发明中可以采用空时、空频或空时频编码方式实现原始信号的编码，因此，本发明的多载波数据传输方案具有较宽的应用领域。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明中多载波数据传输方法的示例性流程图；

图2为本发明实施例1中多载波数据传输方法的流程图；

图3为本发明实施例1中发射端数据处理过程的示意图；

图4为本发明实施例2中多载波数据传输方法的流程图；

图5为本发明实施例3中多载波数据传输方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明做进一步的详细说明。

本发明为一种多载波数据传输方法，其基本思想是：在发射信号之前，全部发射天线的各对应频率块同步执行置换和/或求反操作。

图1示出了本发明中多载波数据传输方法的示例性流程图。该方法预先确定频率分块方式以及跨频率置换求反(CFPI，Cross frequency permutationand invertion)方式；并且该方法还通过图1中的如下各步骤实现多载波的数据传输：

在步骤101中，发射端对原始信号进行编码和频率分块，按照每种CFPI方式，对全部发射天线的各对应频率块同步进行置换和/或求反处理；

在步骤102中，计算所有处理结果的PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式；

在步骤103中，将最优PAPR对应的处理结果作为主信息，将被选CFPI方式信息作为副信息，发送给接收端；

在步骤104中，接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式，并将主信息还原为原始信号。

上述流程中对原始信号进行编码的方式既可以是空时编码方式，也可以是空频编码方式，还可以是空时频编码方式；并且被选CFPI方式信息可以是该方式在所有CFPI方式中对应的索引号。

由上述流程可见，本发明通过针对全部发射天线的各对应频率块同步进行置换和/求反处理，能够获得差异化显著的备选信号集空间，因此从概率意义上，能够有效地提高PAPR抑制性能；并且，由于在每根发射天线上的频率块之间直接处理信号，所以在频率分块数目较多的情况下，能够产生差异化更为显著的备选信号集空间，因此PAPR抑制性能也能够进一步提高。此外，本发明中可以采用空时、空频或空时频编码方式实现原始信号的编码，因此，本发明的多载波数据传输方案具有较宽的应用领域。

下面通过三个实施例，对本发明中的多载波数据传输方案进行详细说明。

实施例1

本实施例中，预先确定频率分块方式，包括频率块数目和各频率块的长度等指标。本实施例还根据发射天线的数目以及频率分块方式，预先确定所有的CFPI方式。假设共有N根发射天线Tx₁至Tx_N，频率分块方式为：每根发射天线上的信号分成P个频率块，并且每个频率块的长度相等。这样，第n根发射天线上的OFDM符号可以表示为：[X_n1，X_n2，...，X_nP]，则发射端中所有发射天线上的信号为：

$[Y_1,Y_2,...,Y_P]=\left\{\begin{array}{c}{[Y_1,Y_2,...,Y_P]}_1\\ .\\ .\\ .\\ {[Y_1,Y_2,...,Y_P]}_N\end{array}\right\}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left\{\begin{array}{c}[X_{11}{,X}_{12},...,X_{1P}]\\ .\\ .\\ .\\ [X_{N1},X_{N2},...,X_{\mathrm{NP}}]\end{array}\right\},$ 其中Y_P表示第P个频率块，并且空时码、空频或空时频编码含在此频率块内。若采用空时或空时频编码方式，则对下一时刻的空时编码OFDM符号进行相同的操作。

CFPI方式是指在不同频率的频率块间进行置换和/或求反操作的每种结果，换言之，矩阵[Y₁，Y₂，...，Y_P]中各元素进行置换和/或求反操作的每种结果都是一种CFPI方式。为了便于说明，以下将跨频率块置换和/或求反操作简称为CFPI操作。

举例来说，假设N＝2，P＝3，那么发射端中所有发射天线上的信号为：

$[Y_1,Y_2,Y_3]=\{\left.\begin{array}{c}{[Y_1,Y_2,Y_3]}_1\\ {[Y_1,Y_2,Y_3]}_2\end{array}\right\}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left\{\begin{array}{c}[X_{11},X_{12},X_{13}]\\ [X_{21},X_{22},X_{23}]\end{array}\right\}.$

可以将在两个对应频率块间进行CFPI操作作为获得CFPI方式的优选操作。以在频率块1和频率块2之间进行CFPI操作为例，可以得到[Y₂，Y₁，Y₃]、[-Y₁，-Y₂，Y₃]以及[-Y₂，-Y₁，Y₃]等CFPI方式。在全部频率块均进行了CFPI操作后，所有的CFPI方式为：

$\left\{\begin{array}{cccc}[Y_1,Y_2,Y_3]& [Y_2,Y_1,Y_3]& [{-Y}_1,{-Y}_2,Y_3]& [{-Y}_2,{-Y}_1,Y_3]\\ /& [Y_3,Y_2,Y_1]& [{-Y}_1,Y_2,{-Y}_3]& [{-Y}_3,Y_2,{-Y}_1]\\ /& [Y_1,Y_3,Y_2]& [Y_1,{-Y}_2,{-Y}_3]& [Y_1,{-Y}_3,{-Y}_2]\end{array}\right\}---\left(1\right)$

此后可以在发射端和接收端中保存上述所有的CFPI方式，并为每个CFPI方式分配一个组号，作为其索引号，以便后续过程中对要传输的信号进行处理和还原。

图2示出了本实施例中多载波数据传输方法的流程图。参见图2，该方法包括：

在步骤201～202中，发射端对原始信号进行空时、空频或者空时频编码，并且按照预先确定的频率分块方式，对各发射天线的编码结果进行频率分块。

这里，发射端在确定需要传输给接收端的原始信号后，对该信号进行编码，所采用的编码方式既可以是空时编码方式，也可以是空频编码方式，还可以是空时频编码方式。而后，每根发射天线都按照预先确定的频率分块方式，将自身的编码结果划分成若干个频率块。

图3示出了本实施例中发射端数据处理过程的示意图。参见图3，各根发射天线上的编码结果在经过频率分块后，得到诸如X₁₁，X₁₂，...，X_1P，...，X_N1，X_N1，...，X_NP之类的频率块；并且各根发射天线上对应频率块的长度相同，即L(X_1p)＝L(X_2p)＝...＝L(X_Np)，其中p∈{1，2，...，P}。

在步骤203中，按照每种CFPI方式，对全部发射天线的各对应频率块同步进行置换和/或求反处理。

由于本实施例中已经预先确定了所有的CFPI方式，那么本步骤中根据这些CFPI方式，执行CFPI操作。以前述所举的发射天线数量N＝2、频率分块数目P＝3的情况为例，本步骤中按照表达式(1)中的10种CFPI方式，逐一对全部发射天线上各对应频率块同步进行置换和/或求反处理，获得10种处理结果。这里的同步是指各发射天线上的对应频率块执行相同的CFPI操作，例如，发射天线Tx1上的频率块X₁₁与X₁₂通过交换位置来执行置换操作，与此同时，发射天线Tx2上与X₁₁和X₁₂对应的频率块X₂₁与X₂₂也执行置换操作。

在步骤204～205中，计算每个处理结果中每根发射天线的PAPR，将每个处理结果的所有PAPR构成一个PAPR组，并将每个PAPR组中的PAPR最大值作为对应处理结果的参考PAPR；从所有参考PAPR中选择最小者，作为最优PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式。

仍以发射天线数量N＝2、频率分块数目P＝3的情况为例，这里首先针对每种CFPI方式对应的处理结果，计算每根发射天线的PAPR，例如：对于处理结果[Y₂，Y₁，Y₃]，分别计算第一根发射天线的PAPR{[Y₂，Y₁，Y₃]₁}和第二根发射天线的PAPR{[Y₂，Y₁，Y₃]₂}。然后，比较两个PAPR值，将较大的PAPR作为对应处理结果的参考PAPR，例如：PAPR{[Y₂，Y₁，Y₃]₂}大于PAPR{[Y₂，Y₁，Y₃]₁}，则PAPR{[Y₂，Y₁，Y₃]₂}为[Y₂，Y₁，Y₃]的参考PAPR。而后，所有处理结果的参考PAPR中的最小值被选择为本次多载波数据传输中的最优PAPR，例如：对于所有的CFPI方式，处理结果[Y₁，-Y₃，-Y₂]的PAPR为最优PAPR，则频率块2和频率块3置换并求反的CFPI方式为被选CFPI方式。

需要说明的是，这里将较大PAPR作为处理结果的PAPR的目的在于，选出每个频率块中情况最为恶劣的发射天线；而后再从所有处理结果的PAPR中选出最小值的目的在于，从最为恶劣的情况中选出相对较好的CFPI方式。这种最优PAPR的选择方式是一种常规的统计学优化方式，由于每根天线上最小PAPR所对应的时刻互不重叠的可能性十分大，这种选择方式能够有效地避免在每根天线处于最差PAPR状态的情况进行数据传输，从而能够有效地保证多载波数据传输的信号质量。

上述步骤203至步骤205的操作为CFPI处理过程。

在步骤206中，对最优PAPR对应的处理结果进行快速傅立叶逆变换(IFFT)处理，并加入循环前缀(CP)，形成主信息，将被选CFPI方式的索引号作为副信息，并将主信息和副信息一起发送给接收端。

本步骤中通过常规的IFFT处理对优化后的信号进行OFDM调制，而后在调制结果中加入用于消除符号间干扰的CP，以备发射。另外，为了便于接收端对接收到的信号进行正确解码，本步骤还将被选CFPI方式的索引号发射给接收端，例如：假设频率块2和频率块3被置换并求反的CFPI方式为被选CFPI方式，并且该CFPI方式的索引号为10，则可以通过二进制的方式在副信息中携带数值1010。

在步骤207中，接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式，对接收到的主信息进行去循环前缀和快速傅立叶变换(FFT)处理，并根据所确定的被选CFPI方式对FFT处理结果进行解码，还原为原始信号。

由于副信息中携带由被选CFPI方式的索引号，并且接收端中已经存在与发射端相同的所有CFPI方式码本，因此接收端能够根据该索引号从码本中获取到被选CFPI。例如：副信息中携带的索引号为1010，则接收端在自身保存的码本中查找第10号CFPI方式，并利用该CFPI方式对经过FFT处理的结果进行逆操作，而后通过与发射端所使用的编码方式对应的解码，获得原始信号。

至此，完成本实施例中的多载波数据传输流程。

由上述各个步骤可见，本实施例中对全部发射天线的各对应频率块同步进行CFPI处理，即每根发射天线均按照相同的方式，在不同频率块间执行置换和/或求反，CFPI方式的数量主要依赖于频率块的多少，这样可以通过增加频率块来获得更多的CFPI方式，从而得到差异化更为显著的备选信号集空间，最终有效地提高PAPR抑制性能，保证多载波传输的信号质量。

实施例2

本实施例中，预先设置多组候选相位因子序列。发射端在对原始信号执行编码、频率分块以及CFPI处理之后，还进行部分传输序列(PTS，partialtransmit sequence)操作，而后再经过IFFT处理和添加CP后，向接收端发射信号；并且，本实施例中的副信息除了包括CFPI方式索引号之外，还包括被选相位因子序列的索引号。

图4示出了本实施例中多载波数据传输方法的流程图。参见图4，该方法包括：

在步骤401～402中，发射端对原始信号进行空时、空频或空时频编码，并且按照预先确定的频率分块方式，对各发射天线的编码结果进行频率分块。

在步骤403中，对全部发射天线的各对应频率块同步进行CFPI处理，确定最优PAPR和被选CFPI方式。

上述的三个步骤与实施例1中的步骤201至205的操作相同。

在步骤404中，利用全部候选相位因子序列，分别对每根发射天线上最优PAPR对应的处理结果进行PTS处理，计算每个PTS处理结果的PAPR，将最小PAPR对应的相位因子序列确定为被选相位因子序列。

本步骤依据常规的方法对每根发射天线上的信号独立进行PTS处理。具体而言，首先发射端将每一组预先设置的候选相位因子序列分别与经过CFPI优化的信号相乘，获得多个PTS处理结果。然后，计算所有PTS处理结果的PAPR，并进行比较，将PAPR最小值对应的候选相位因子序列确定为被选相位因子序列。

在步骤405中，对最小PAPR对应的PTS处理结果进行IFFT处理并加入循环前缀，形成主信息，将被选CFPI方式的索引号和被选相位因子序列的索引号作为副信息，并将主信息和副信息一起发送给接收端。

与实施例1相比，这里的副信息增加了被选相位因子序列的索引号，以便接收端正确解码。

在步骤406中，接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式和被选相位因子序列，对主信息进行去循环前缀和FFT处理，并根据所确定的被选CFPI方式和被选相位因子序列对FFT处理结果进行解码，还原为原始信号。

在本步骤中，接收端在对接收到的主信息进行FFT处理之后，利用根据副信息确定的被选相位因子序列对FFT处理结果进行逆操作，获得PTS处理之前的信号，然后再利用被选CFPI方式进行还原和解码操作，最后得到原始信号。

至此，完成本实施例中的多载波数据传输流程。

本实施例在实施例1的基础上增加了PTS处理操作，通过相位因子序列来进一步降低多载波数据传输过程中的PAPR，因此本实施例中的技术方案具有更好的PAPR抑制性能。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上对编码过程进行了改进，以降低PAPR为目的，通过自适应螺纹代数空时(ATAST，Adaptive threaded algebraicspace-time)编码方式对原始信号进行编码，实现信号的预优化；然后再通过与实施例1相同的CFPI处理，进一步改善PAPR抑制性能。

与实施例1相同，本实施例中也预先确定CFPI频率分块方式和CFPI方式。此外，为了保证ATAST编码的顺利进行，本实施例还预先设置ATAST频率分块方式，并根据该ATAST频率分块方式，预先设置多组候选旋转因子序列，每个频率块对应一个旋转相位因子。

假设共有N根发射天线Tx₁至Tx_N，ATAST频率分块方式为：每根发射天线上的信号分成B个频率块，各频率块的长度分别为L₁，L₂，...，L_B。发射端中所有发射天线上通过对原始星座点信号进行线性变换后的信号为：[Z₁，Z₂，...，Z_P]，其中Z_b表示第b个频率块；旋转因子序列Φ可以表示为：

$\mathrm{\Φ}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_1\\ {\mathrm{\Φ}}_2\\ ...\\ {\mathrm{\Φ}}_P\end{array}\right]}^T,$ 其中元素 ${\mathrm{\Φ}}_b\text{=}\left[\begin{array}{ccc}1& & {\mathrm{\φ}}_b^{1/2}\\ {\mathrm{\φ}}_b^{1/2}& & 1\\ & ...& \\ 1& & {\mathrm{\φ}}_b^{1/2}\\ {\mathrm{\φ}}_b^{1/2}& & 1\end{array}\right],$ 并且Φ_b的行数等于对应频率块的长度L_b；旋转因子 ${\mathrm{\φ}}_b\∈\left\{\exp \left(j\frac{p\·\mathrm{\π}}{k}\right)\right\},$ k，p≠0，这里的

表示整数。

图5示出了本实施例中多载波数据传输方法的流程图，参见图5，该方法包括：

在步骤501中，发射端对原始信号进行线性变换和空频编码，并按照预先确定的ATAST频率分块方式对各发射天线的编码结果进行频率分块。

假设ATAST频率块数量B＝3，各频率块的长度分别为L₁＝4，L₂＝6以及L₃＝2，并且原始信号为按照时间顺序输入的星座点信号流：

[c₁₁ ⁽⁰⁾，c₁₂ ⁽⁰⁾，c₂₁ ⁽⁰⁾，c₂₂ ⁽⁰⁾，c₁₁ ⁽¹⁾，c₁₂(1)，c₂₁ ⁽¹⁾，c₂₂ ⁽¹⁾，...，c₁₁ ⁽⁵⁾，c₁₂ ⁽⁵⁾，c₂₁ ⁽⁵⁾，c₂₂ ⁽⁵⁾]。

然后，利用与发射天线数目相关的旋转矩阵M，按照与常规的TAST相同的方式对原始信号执行线性变换和空频编码。以上面的星座点信号流为例，将原始信号中的c_ij ^(t)转换为s_ij ^(t)的公式为：

$\left[\begin{array}{c}{s}_{11}^{\left(i\right)}\\ s_{12}^{\left(i\right)}\end{array}\right]=M\·\left[\begin{array}{c}{c}_{11}^{\left(i\right)}\\ c_{12}^{\left(i\right)}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{s}_{21}^{\left(i\right)}\\ s_{22}^{\left(i\right)}\end{array}\right]=M\·\left[\begin{array}{c}{c}_{21}^{\left(i\right)}\\ c_{22}^{\left(i\right)}\end{array}\right],i=\mathrm{0,1},...,5,$

其中 $M=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& e^{i\·(\mathrm{\π}/4)}\\ 1& {-e}^{i\·(\mathrm{\π}/4)}\end{array}\right]$

对原始信号进行线性变换和空频编码后，得到的编码矩阵Z为：

$Z\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\left[\begin{array}{cc}{s}_{11}^{\left(0\right)}& s_{21}^{\left(0\right)}\\ s_{22}^{\left(0\right)}& s_{12}^{\left(0\right)}\\ s_{11}^{\left(1\right)}& s_{21}^{\left(1\right)}\\ s_{22}^{\left(1\right)}& s_{12}^{\left(1\right)}\\ s_{11}^{\left(2\right)}& s_{21}^{\left(2\right)}\\ s_{22}^{\left(2\right)}& s_{12}^{\left(2\right)}\\ s_{11}^{\left(3\right)}& s_{21}^{\left(3\right)}\\ s_{22}^{\left(3\right)}& s_{12}^{\left(3\right)}\\ s_{11}^{\left(4\right)}& s_{21}^{\left(4\right)}\\ s_{22}^{\left(4\right)}& s_{12}^{\left(4\right)}\\ s_{11}^{\left(5\right)}& s_{21}^{\left(5\right)}\\ s_{22}^{\left(5\right)}& s_{12}^{\left(5\right)}\end{array}\right]}^T,$ 其中s_ij ^(t)为c_ij ^(t)的线性变换结果。

根据频率分块方式，编码结果被分为如下三个频率块：

$Z_1\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\left[\begin{array}{cc}{s}_{11}^{\left(0\right)}& s_{21}^{\left(0\right)}\\ s_{22}^{\left(0\right)}& s_{12}^{\left(0\right)}\\ s_{11}^{\left(1\right)}& s_{21}^{\left(1\right)}\\ s_{22}^{\left(1\right)}& s_{12}^{\left(1\right)}\end{array}\right]}^T,$ $Z_2\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\left[\begin{array}{cc}{s}_{11}^{\left(2\right)}& s_{21}^{\left(2\right)}\\ s_{22}^{\left(2\right)}& s_{12}^{\left(2\right)}\\ s_{11}^{\left(3\right)}& s_{21}^{\left(3\right)}\\ s_{22}^{\left(3\right)}& s_{12}^{\left(3\right)}\\ s_{11}^{\left(4\right)}& s_{21}^{\left(4\right)}\\ s_{22}^{\left(4\right)}& s_{12}^{\left(4\right)}\end{array}\right]}^T$ 以及 $Z_3\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\left[\begin{array}{cc}{s}_{11}^{\left(5\right)}& s_{21}^{\left(5\right)}\\ s_{22}^{\left(5\right)}& s_{12}^{\left(5\right)}\end{array}\right]}^T.$

在步骤502中，利用预先确定的每种旋转因子序列对ATAST频率分块后的信号进行处理。

在频率块数量B＝3的情况下，本实施例设定三个旋转因子φ₁，φ₂和φ₃。假设φ₁，φ₂和φ₃在 $\{\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{12}\right),$ $\exp \left(j\frac{10\mathrm{\π}}{12}\right),$ $\exp \left(j\frac{18\mathrm{\π}}{12}\right)\}$ 中取值，即三个旋转因子平均分布于单位圆上，则全部旋转因子包括如下六种情况：

${\mathrm{\φ}}_1=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_2=\exp \left(j\frac{10\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_3=\exp \left(j\frac{18\mathrm{\π}}{12}\right);$

${\mathrm{\φ}}_1=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_2=\exp \left(j\frac{18\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_3=\exp \left(j\frac{10\mathrm{\π}}{12}\right);$

${\mathrm{\φ}}_1=\exp \left(j\frac{10\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_2=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{12}\right);$ ${\mathrm{\φ}}_3=\exp \left(j\frac{18\mathrm{\π}}{12}\right);$

${\mathrm{\φ}}_1=\exp \left(j\frac{10\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_2=\exp \left(j\frac{18\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_3=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{12}\right);$

${\mathrm{\φ}}_1=\exp \left(j\frac{18\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_2=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_3=\exp \left(j\frac{10\mathrm{\π}}{12}\right);$

${\mathrm{\φ}}_1=\exp \left(j\frac{18\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_2=\exp \left(j\frac{10\mathrm{\π}}{12}\right),$ ${\mathrm{\φ}}_3=\exp \left(j\frac{2\mathrm{\π}}{12}\right).$

由于三个频率块的长度分别为4，6和2，那么旋转因子序列中的元素为：

${\mathrm{\Φ}}_1=\left[\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\φ}}_1^{1/2}\\ {\mathrm{\φ}}_1^{1/2}& 1\\ 1& {\mathrm{\φ}}_1^{1/2}\\ {\mathrm{\φ}}_1^{1/2}& 1\end{array}\right],$ ${\mathrm{\Φ}}_2=\left[\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}\\ {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}& 1\\ 1& {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}\\ {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}& 1\\ 1& {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}\\ {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}& 1\end{array}\right]$ 以及 ${\mathrm{\Φ}}_3=\left[\begin{array}{cc}1& {\mathrm{\φ}}_3^{1/2}\\ {\mathrm{\φ}}_3^{1/2}& 1\end{array}\right].$

本步骤中在利用旋转因子序列对频率分块后的信号进行处理时，旋转因子序列Φ与编码矩阵Z进行点乘，得到旋转处理结果A：

$A\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{\left[\begin{array}{cc}{s}_{11}^{\left(0\right)}& {\mathrm{\φ}}_1^{1/2}{s}_{21}^{\left(0\right)}\\ {\mathrm{\φ}}_1^{1/2}{s}_{22}^{\left(0\right)}& s_{12}^{\left(0\right)}\\ s_{11}^{\left(1\right)}& {\mathrm{\φ}}_1^{1/2}{s}_{21}^{\left(1\right)}\\ {\mathrm{\φ}}_1^{1/2}{s}_{22}^{\left(1\right)}& s_{12}^{\left(1\right)}\\ s_{11}^{\left(2\right)}& {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}{s}_{21}^{\left(2\right)}\\ {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}{s}_{22}^{\left(2\right)}& s_{12}^{\left(2\right)}\\ s_{11}^{\left(3\right)}& {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}{s}_{21}^{\left(3\right)}\\ {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}{s}_{22}^{\left(3\right)}& s_{12}^{\left(3\right)}\\ s_{11}^{\left(4\right)}& {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}{s}_{21}^{\left(4\right)}\\ {\mathrm{\φ}}_2^{1/2}{s}_{22}^{\left(4\right)}& s_{12}^{\left(4\right)}\\ s_{11}^{\left(5\right)}& {\mathrm{\φ}}_3^{1/2}{s}_{21}^{\left(5\right)}\\ {\mathrm{\φ}}_3^{1/2}{s}_{22}^{\left(5\right)}& s_{12}^{\left(5\right)}\end{array}\right].}^T$

当然，本实施例中也可以使得多个频率块共用一个旋转因子，例如采用两个旋转因子φ₁和φ₂，并且第一个频率块与第二个频率块共同对应旋转因子φ₁。

在步骤503～504中，计算每种旋转处理结果中每根发射天线的PAPR并构成PAPR组，将每个PAPR组中的最大值作为对应旋转处理结果的参考PAPR；从所有旋转处理结果的参考PAPR中选择最小者，作为候选PAPR，并将候选PAPR对应的旋转因子序列确定为被选旋转因子序列。

以发射天线数量N＝2、频率分块数目B＝3的情况为例，本步骤中首先针对每种旋转处理结果，计算每根发射天线的PAPR；然后比较两根天线的PAPR，将较大者作为对应旋转处理结果的参考PAPR；而后，所有参考PAPR中的最小值被选择为候选PAPR，相应地，该候选PAPR对应的旋转因子序列为被选旋转因子序列。

上述步骤501至504的操作为对PAPR预优化的ATAST编码过程。

在步骤505中，对候选PAPR对应的旋转处理结果进行CFPI处理，确定最优PAPR和被选CFPI方式。

本步骤的操作与实施例1中的步骤202至205相同。需要说明的是，本实施例中ATAST编码的频率分块可以与CFPI处理的频率分块不相同，例如ATAST中共分成三个频率块，而CFPI中分成四个频率块。

在步骤506中，对最优PAPR对应的CFPI处理结果进行IFFT处理并加入循环前缀，形成主信息，并将被选CFPI方式的索引号和被选旋转因子序列的索引号作为副信息，将主信息和副信息发送出去。

与实施例1相比，本实施例中的副信息增加了被选旋转因子序列的索引号，以便接收端能够正确解码。

在步骤507中，接收端根据副信息确定被选CFPI方式和被选旋转因子序列，对主信息进行FFT处理，根据被选CFPI方式和被选旋转因子序列将FFT处理结果还原为原始信号。

由于接收端也预先保存有全部的CFPI方式码本以及旋转因子序列码本，因此，在通过副信息确定两者的索引号后，即可唯一地确定本次多载波传输中的被选CFPI方式和被选旋转因子序列。

至此，结束本实施例中的多载波数据传输流程。

由上述描述可见，本实施例在实施例1的基础上通过改进编码过程来预先优化PAPR，因此本实施例中的技术方案比实施例1具有更好的PAPR抑制性能。

对于上述的三个实施例，实施例1中副信息的传送比特量为：

其中P表示CFPI处理中的频率分块数量，运算符号

表示向数轴正方向取整数；实施例2在CFPI处理的基础上增加了PTS处理，该方案中在实施例1基础上附加的副信息的传送比特量为：

其中，K表示PTS处理中相位因子的选取个数，Q表示PTS处理所采用的分段数，N表示系统发射天线数量；实施例3中进行ATAST编码后再执行CFPI处理，此时在实施例1基础上附加的副信息传送比特量为：

其中，D表示编码矩阵中的Φ空间的取值个数，B表示ATAST一帧编码的分块数。

在N＝2，P＝3，Q＝3，D＝3并且B＝3的情况下，三个实施例中传送的归一化副信息量分别为：0.27，1.73和1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1. 一种多载波数据传输方法，其特征在于，预先确定跨频率置换求反CFPI方式，该方法包括：

A.发射端对原始信号编码，并进行频率分块，按照每种CFPI方式，对全部发射天线的各对应频率块同步进行置换和/或求反处理；

B.计算所有置换和/或求反处理结果的峰平比PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式；

C.将最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果形成为主信息，将被选CFPI方式信息作为副信息，发送给接收端；

D.接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式，并将主信息还原为原始信号。

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定跨频率置换求反CFPI方式包括：

在不同频率的频率块间进行置换和/或求反操作，将每种操作所得到的结果作为一种CFPI方式，并在发射端和接收端中进行保存。

3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，预先确定CFPI频率分块方式，步骤A所述发射端对原始信号进行编码，并进行频率分块包括：

发射端对所述原始信号进行空时或空频或空时频编码，并根据CFPI频率分块方式中的频率块数以及每个频率块的长度，将编码结果划分为一个或多个频率块。

4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述计算所有处理结果的峰平比PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式包括：

计算每个置换和/或求反处理结果中每根发射天线的PAPR，将每个置换和/或求反处理结果的所有PAPR构成一个PAPR组，并将每个PAPR组中的PAPR最大值作为对应处理结果的参考PAPR；

从所有参考PAPR中选择最小者，作为最优PAPR，并将最优PAPR对应的CFPI方式确定为被选CFPI方式。

5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，预先为每种CFPI方式确定对应的索引号，则步骤C所述将被选CFPI方式信息作为副信息包括：将被选CFPI方式的索引号作为副信息；

步骤D所述接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式包括：根据接收到的被选CFPI索引号，从所述预先确定的CFPI方式中查找到被选CFPI方式。

6. 如权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤D所述将主信息还原为原始信号包括：

根据所确定的被选CFPI方式，对主信息中的信号执行相对应的解码操作，并将解码结果作为原始信号。

7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先设置多组相位因子序列，所述步骤B与步骤C之间，进一步包括：

利用全部候选相位因子序列，分别对每根发射天线上最优PAPR对应的处理结果进行部分传输序列PTS处理，计算所生成的全部备选信号序列的PAPR，将最小PAPR作为最优PAPR，并将该最优PAPR对应的相位因子序列确定为被选相位因子序列；

步骤C所述将被选CFPI方式信息作为副信息的同时，进一步包括：将被选相位因子序列的索引号作为副信息。

8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤D所述接收端根据接收到的副信息确定被选CFPI方式的同时，进一步包括：根据副信息中的被选相位因子序列的索引号确定被选相位因子序列；

步骤D所述将主信息还原为原始信号之前，进一步包括：利用所述被选相位因子序列对主信息中的信号执行PTS处理的逆操作。

9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：预先设置自适应螺纹代数空时ATAST频率分块方式以及旋转因子序列，步骤A所述发射端对原始信号编码包括：

按照螺纹代数空时TAST编码方式对原始信号进行线性变换和空频编码，得到编码矩阵；

按照所述ATAST频率分块方式对该编码矩阵进行频率分块，分别利用每种旋转因子序列对ATAST频率分块后的信号进行旋转处理；

计算每种旋转处理结果中每根发射天线的PAPR并构成PAPR组，将每个PAPR组中的最大值作为对应旋转处理结果的参考PAPR；

从所有旋转处理结果的参考PAPR中选择最小者，作为候选PAPR，并将候选PAPR对应的旋转因子序列确定为被选旋转因子序列。

10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，预先设置与发射天线数目相关的旋转矩阵，所述对原始信号进行线性变换和空频编码包括：将所述旋转矩阵与原始信号相乘。

11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对ATAST频率分块后的信号进行旋转处理包括：将所述每种旋转因子序列分别与频率分块后的编码矩阵进行点乘。

12. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述旋转因子序列包括至少一个旋转因子，并且各旋转因子平均分布于单位圆上。

13. 如权利要求9至12中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤A所述进行频率分块包括：对所述候选PAPR对应的旋转处理结果进行CFPI频率分块。

14. 如权利要求1、7、9中任意一项所述的方法，其特征在于，步骤C所述将最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果形成为主信息之前，进一步包括：对最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果进行快速傅立叶逆变换IFFT处理；

步骤D所述并将主信息还原为原始信号之前，进一步包括：对主信息中的信号进行快速傅立叶变换FFT处理。

15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述对最优PAPR对应的置换和/或求反处理结果进行快速傅立叶逆变换IFFT处理之后，进一步包括：在IFFT处理结果上加入循环前缀；

所述对主信息中的信号进行快速傅立叶变换FFT处理之前，进一步包括：对主信息中的信号进行去循环前缀处理。

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