CN103051586A - 16-QAM Golay互补序列集生成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种16-QAM Golay互补序列集生成装置，由QPSK Golay互补序列集构成初始序列集并暂存于移位寄存器中，任意成对的移位寄存器中的输出码元进行加权以及相加、不能成对单个移位寄存器的输出码元进行加权，结果码元回放于移位寄存器的输入端而成。获得的16-QAM Golay互补序列集可用于实现CDMA通信系统的多址干扰和多径干扰的抑制、OFDM通信系统的PMEPR降低等应用。如果以QPSK周期互补序列集为初始序列集，本发明装置产生16-QAM周期互补序列集。

Description

16-QAM Golay互补序列集生成装置

技术领域

本发明属于一种通信信号设计与产生技术，特别涉及可实现采用16-QAM星座的通信系统多址干扰和多径干扰的抑制以及OFDM通信系统峰均功率比(peak-to-mean envelope powerratio，PMEPR)降低的16-QAM Golay互补序列集生成装置。 

背景技术

互补序列广泛应用于多址通信(中国专利CN101965702A，CN101959289A)、同步(中国专利CN101155021，CN101523745)、信道估计(中国专利CN101626360，CN102007742A)以及雷达(中国专利CN101902432A)等诸多领域。 

16-QAM信号受到第三代合作伙伴计划(3GPP，3^rd generation partnership project)标准的推荐。一方面，16-QAM Golay互补序列在CDMA通信系统中的应用能完全抑制多址干扰和多径干扰。另一方面，16-QAM Golay互补序列在OFDM通信系统中的应用能显著降低PMEPR水平。 

设有长度为N的多相序列 

${\underset{\‾}{S}}^{\left(i\right)}=(S_0^{\left(i\right)},S_1^{\left(i\right)},S_2^{\left(i\right)},\·\·\·,S_{N-1}^{\left(i\right)})---\left(1\right)$

序列

的非周期自相关函数定义为 

$C_{s^{\left(i\right)},s^{\left(i\right)}}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\underset{k=0}{\overset{N-\mathrm{\&tau;}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{s}_k^{\left(i\right)}{\left(s_{k+\mathrm{\&tau;}}^{\left(i\right)}\right)}^{*}& 0\&le;\mathrm{\&tau;}\&le;N-1\\ \underset{k=0}{\overset{N+\mathrm{\&tau;}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{s}_{k-\mathrm{\&tau;}}^{\left(i\right)}{\left(s_k^{\left(i\right)}\right)}^{*}& -N+1\&le;\mathrm{\&tau;}<0\\ 0& \left|\mathrm{\&tau;}\right|\&GreaterEqual;N\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，符号(x)^*表示对x求复共轭。 

设序列

由M′个子序列构成，既 

$\underset{\&OverBar;}{C}=({\underset{\&OverBar;}{s}}^{\left(0\right)},{\underset{\&OverBar;}{s}}^{\left(1\right)},{\underset{\&OverBar;}{s}}^{\left(2\right)},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;{\underset{\&OverBar;}{s}}^{(M^{\&prime;}-1)})---\left(3\right)$

其中，序列

中各子序列

按式(1)表示。 

如果序列

中全体子序列非周期自相关函数的和满足 

$C_{c,c}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\underset{i=0}{\overset{M^{\&prime;}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_{s^{\left(i\right)},s^{\left(i\right)}}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\underset{i=0}{\overset{M^{\&prime;}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{E}_{s^{\left(i\right)}}& \mathrm{\&tau;}=0\\ 0& \mathrm{\&tau;}\&NotEqual;0\end{array}\right.---\left(4\right)$

那么，称序列

为Golay互补序列集。如果M′＝2，则称序列

为Golay互补对。其中，  $E_{s^{\left(i\right)}}=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|s_k^{\left(i\right)}\right|}^2$ 是序列

的能量。 

迄今为止，人们发现大量QPSK互补序列集，如，四相GDJ互补序列(J.A.Davis and J.Jedwab，“Peak-to-mean power control in OFDM，Golay complementary sequences，andreed-muller codes，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.45，no.7，pp.2397-2417，Nov.1999.)、Zeng法(F.X.Zeng，X.P.Zeng，Z.Y.Zhang，X.Y.Zeng，G.X.Xuan and L.N.Xiao，“New construction method for quaternary aperiodic，periodic and Z-complementary sequence sets，”Journal of Communications and Networks，vol.14，no.3，pp.230-236，June 2012)和其他的方法(P.Z.Fan and M.Darnell，Sequence design forcommunications applications，John Wiley&Sons Inc.，1996)。以及能产生长度为2m的16-QAM Golay互补序列对(Y.Li，“A construction of general QAM Golay complementarysequences，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.56，no.11，pp.5765-5771，Nov.2010.)，但不能产生其他长度的16-QAM Golay互补序列对. 

本专利能产生任意长度的16-QAM Golay互补序列集，如果那一长度的QPSK Golay互补序列集存在。 

发明内容

本发明的目的是提供一种16-QAM星座上结构简单、实现容易、序列非周期自相关函数具有冲激特性的16-QAM Golay互补序列集生成装置。 

根据第一方面，本发明的16-QAM Golay互补序列集生成装置包括： 

由QPSK Golay互补序列集构成初始序列集并暂存于移位寄存器中，任意成对的移位寄存器中的输出码元进行加权以及相加、不能成对单个移位寄存器的输出码元进行加权，结果码元回放于移位寄存器的输入端而形成16-QAM Golay互补序列集。 

根据第二方面，本发明的16-QAM Golay互补序列集生成装置，包括以下步骤： 

A)根据用户要求的指标，确定所需要产生的16-QAM Golay互补序列集的子序长度和子序列的数量； 

B)从QPSK Golay互补序列集中选出满足子序列长度和子序列数量要求的初始序列集； 

C)将初始序列集的每一子序列存储于一个移位寄存器器中，移位寄存器的长度与初始子序列长度相同，移位寄存器的数量与初始子序列数量相同； 

D)任意成对移位寄存器的输出码元进行加权并相加，不能成对单个移位寄存器的输出码元进行加权； 

E)将D)步的结果回放于移位寄存器的输入端； 

F)返回D)步，继续处理剩余的移位寄存器输出码元，直到初始序列码元处理完毕； 

G)所有移位寄存器中的子序列生成一条16-QAM Golay互补序列集。 

本发明的上述方法能够为采用16-QAM星座的CDMA通信系统的多址干扰和多径干扰的抑制，以及0FDM通信系统的PMEPR降低等提供所需的16-QAM Goaly互补序列集。 

下面结合附图对本发明进行详细说明。 

附图说明

图1是本发明产生16-QAM Golay互补序列集的原理图与装置图； 

图2是本发明的图1中“选择电路”单元的实现框图； 

图3是本发明的图1中“16-QAM Golay互补序列生成电路”单元的实现框图； 

图4是本发明的图3中电路单元B₁-B_M的电路结构图； 

图5是本发明的图3中电路单元B_M+1的电路结构图； 

具体实施方式

本发明的16-QAM Golay互补序列集产生装置核心是将初始序列集——QPSK Golay互补序列集的子序列存储于移位寄存器中，一条子序列存于一个移位寄存器，然后对任意成对的移位寄存器输出码元实施加权并求和，不能成对的单个移位寄存器实施加权，结果码元回送于移位寄存器的输入端。处理完初始序列码元后，每一个移位寄存器存放的就是目标序列——16QAM Golay互补序列的一条子序列。 

图1显示了本发明16-QAM Golay互补序列集产生装置的结构框图，本发明由“选择电路”、“输入电路1”、“16-QAM Golay互补序列生成电路”、“输入电路2”和“控制电路”五个单元组成。 

“选择电路”单元的功能和实现如图2所示，单元11存储用户需要指标，单元12存储已知的QPSK Golay互补序列集，单元13是根据单元11和单元12选出的初始序列。“控制电路”单元首先对全体移位寄存存器清零，接通“输入单元1”并断开“输入单元2”，让初始序列储存于单元3的移位寄存器组——单元31中，然后，断开“输入单元1”。单元3由单元31和单元32组成。由于互补序列的子序列可以任意改变顺序，这等价于任意选取两个移位寄存器成对，所以，为了便于阐述，不失一般性，本发明将单元3中的单元31的两个相邻移位寄存器成对，如A₁和A₂、A₃和A₄，....，A_2M-1和A_2M成对，而A_2M+1是不能成对的单个移位寄 存器。如单元11中子序列数量M′是偶数M′＝2M，那么，单元32中的B_M+1不存在；如单元11中子序列数量M′是奇数M′＝2M+1，那么，单元32中的B_M+1存在。在“控制电路”的作用下，单元31的每一个移位寄存器的输出码元分别作为单元32的输入。一般地，第k个和第k+1个移位寄存器的输出码元作为

的输入(k＝1，3，5，…2M-1)，如果存在第2M+1个移位寄存器，那么它的输出码元作为B_M+1的输入。图4给出了单元32中

的运算结构(k＝1，3，5，…2M-1)，图5给出了单元32中B_M+1的运算结构。在

中，第k个移位寄存器的输出码元经加权器单元321加权“j”(j²＝-1)分成两路，一路再经加权器单元322加权“-2”后与第k+1个移位寄存器的输出码元由加法器单元325求和，其和经加权器单元326加权“1+j”后作为第k+1路的输出C_k+1；另一路与来自于第k+1个移位寄存器的输出码元经加权器单元323加权“2”后的信号在加法器单元324作用下相加，其和经加权器单元327加权“1+j”后作为第k路的输出C_k。在B_M+1中，第2M+1个移位寄存器的输出码元经加权器单元328加权“1+3j”后作为第2M+1路的输出C_2M+1。单元32的所有输出准备完毕后，在“控制电路”作用下接通“输入单元2”，第l(l＝1，2，3，…，2M，2M+1)路的输出C_l分别进入第l个移位寄存器的输入端存储。单元3处理完初始序列的一个码元，单元3重复上述过程接着处理下一个初始序列码元，直到全部初始序列码元处理完毕。 

利用上述原理与装置，本发明可以通过以下步骤实现16-QAM Golay互补序列集的产生： 

A)根据用户要求的指标，确定所需要产生的16-QAM Golay互补序列集的子序长度和子序列的数量； 

B)从QPSK Golay互补序列集中选出满足子序列长度和子序列数量要求的初始序列集； 

C)将初始序列集的每一子序列存储于一个移位寄存器器中，移位寄存器的长度与初始子序列长度相同，移位寄存器的数量与初始子序列数量相同，； 

D)任意成对移位寄存器的输出码元进行加权并相加，不能成对单个移位寄存器的输出码元进行加权； 

E)将D)步的结果回放于移位寄存器的输入端； 

F)返回D)步，继续处理剩余的移位寄存器输出码元，直到初始序列码元处理完毕； 

G)所有移位寄存器中的子序列生成一条16-QAM Golay互补序列集。 

例1：在下面文献 

P.Z.Fan and M.Darnell，Sequence design for communications applications，John Wiley&Sons Inc.，1996 

中取一个长度N＝13的四相Golay互补序列对： 

[0001200302031，0122212003203] 

将其转化为QPSK的形式表示： 

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{1,1,1},j,-\mathrm{1,1,1},-j,1,-\mathrm{1,1},-j,j\\ 1,j,-1,-1,-1,j,-\mathrm{1,1,1},-j,-\mathrm{1,1},-j\end{array}\right]$

根据本发明的装置，产生的16-QAM Golay互补序列对为： 

$\left[\begin{array}{c}1+3j,-3+3j,-3-j,-3-3j,-1-3j,-3+3j,-3-j,3+3j,1+3j,3-3j,-3-j,3+3j,1-3j\\ 3-j,1-j,1-3j,1+j,-3+j,1-j,1-3j,-1-j,3-j,-1+j,1-3j,-1-j,3+j\end{array}\right]$

如果以QPSK周期互补序列集作为初始序列集，那么，本发明装置产生16-QAM周期互补序列集。 

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种16-QAM Golay互补序列集生成装置，由QPSK Golay互补序列集构成初始序列集并暂存于移位寄存器中，任意成对的移位寄存器中的输出码元进行加权以及相加、不能成对单个移位寄存器的输出码元进行加权，结果码元回放于移位寄存器的输入端而成。

2.一种16QAM Golay互补序列集生成装置，包括以下步骤：

A)根据用户要求的指标，确定所需要产生的16-QAM Golay互补序列集的子序长度和子序列的数量；

B)从QPSK Golay互补序列集中选出满足子序列长度和子序列数量要求的初始序列集；

C)将初始序列集的每一子序列存储于一个移位寄存器器中，移位寄存器的长度与初始子序列长度相同，移位寄存器的数量与初始子序列数量相同，；

D)任意成对移位寄存器的输出码元进行加权并相加，不能成对单个移位寄存器的输出码元进行加权；

E)将D)步的结果回放于移位寄存器的输入端；

F)返回D)步，继续处理剩余的移位寄存器输出码元，直到初始序列码元处理完毕；

G)所有移位寄存器中的子序列生成一条16-QAM Golay互补序列集。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于16-QAM Golay互补序列集生成装置使用的移位寄存器长度和数量分别相同于同户需要的16-QAM Golay互补序列集的子序长度和子序列的数量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于16-QAM Golay互补序列集生成装置的初始序列由QPSK Golay互补序列集构成，其子序长度和子序列数量分别与同户需要的目标序列的子序长度和子序列数量相同。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于16-QAM Golay互补序列集生成装置的移位寄存器为初始序列和目标序列共用。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于16-QAM Golay互补序列集生成装置对任意成对的移位寄存器中的输出码元进行加权以及相加、不能成对单个移位寄存器的输出码元进行加权。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于16-QAM Golay互补序列集生成装置能产生任意长度的16-QAM Golay互补序列集，如果那一长度的QPSK Golay互补序列集存在。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于16-QAM Golay互补序列集生成装置能产生16-QAM周期互补序列集，如果QPSK周期互补序列集作为初始序列集。

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