CN106534034B - 一种降低ofdm系统中峰均比的编码方法与系统 - Google Patents

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Abstract

一种降低OFDM系统中峰均比的编码方法与系统，涉及光通信技术领域，在发送端和接收端均设置基于ZC序列的基矩阵，基矩阵进行循环移位得到不同的循环矩阵；在发送端，待发送数据分别乘以不同的循环矩阵，分别计算得到峰均比，选择具有最小峰均比的一组数据用于传输，同时，将如何得到所选循环矩阵的信息作为副信息一同传输；在接收端，提取接收数据中的副信息，根据副信息和基矩阵得到发送端选择的循环矩阵，循环矩阵逆变换得到逆矩阵，逆矩阵与接收数据相乘得到解码后的数据。本发明有效降低PAPR，计算量和传递的附加信息很小，有利于降低系统成本。

Description

一种降低OFDM系统中峰均比的编码方法与系统
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体来讲涉及一种降低OFDM系统中峰均比的编码方法与系统。
背景技术
随着技术的进一步发展，无线接入和光纤宽带承载的数据业务具有巨大需求。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)作为一种新型的数字调制技术具有频谱效率高、抗多径衰落等优点，可以有效解决通信信道中的多径衰落以及带宽受限的问题，具有非常广阔的发展前景。OFDM中多个子载波的随机累加会产生较大的信号峰值，表现为高PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰均比)，要求放大器具有较大的线性动态范围，因而增加放大器的成本，同时会降低放大器效率，如果峰值超过高功率放大器的线性动态范围，还会造成带内失真和带外干扰。因此，降低PAPR是OFDM系统的关键技术，具有很重要的意义。
矩阵变换算法可以用来降低PAPR，矩阵变换对原始输入序列进行线性变换改善信号PAPR的统计分布，并不破坏子载波的正交性。当输入数据序列的非周期自相关函数值较小时，OFDM信号的PAPR值将比较低，所以选择适当的矩阵对输入序列进行变换，就可以达到降低信号的PAPR。由于预编码矩阵的种类和数量有限，如何构造矩阵就成为这种算法的一个难点，而且固定的预编码矩阵并不能保证PAPR最优，使用不同的预编码矩阵可能得到更低PAPR，代价是需要更多的数字处理，以及需要传递额外附加信息，使系统成本增加。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种降低OFDM系统中峰均比的编码方法与系统，使用具有循环特性的预编码矩阵，有效降低PAPR，计算量和传递的附加信息很小，有利于降低系统成本。
为达到以上目的，本发明采取一种降低OFDM系统中峰均比的编码方法，包括：在发送端和接收端均设置基于ZC序列的基矩阵，基矩阵进行循环移位得到不同的循环矩阵；在发送端，待发送数据分别乘以不同的循环矩阵，分别计算得到峰均比，选择具有最小峰均比的一组数据用于传输，同时，将如何得到所选循环矩阵的信息作为副信息一同传输；在接收端，提取接收数据中的副信息，根据副信息和基矩阵得到发送端选择的循环矩阵，循环矩阵逆变换得到逆矩阵，逆矩阵与接收数据相乘得到解码后的数据。
在上述技术方案的基础上，在发送端，待发送数据先由bit序列映射成正交振幅调制信号，经过IFFT变换后，再分别乘以不同的循环矩阵。
在上述技术方案的基础上，在发送端，具有最小峰均比的一组数据和副信息通过并串变换，将OFDM帧变成待传输数据流。
在上述技术方案的基础上，在接收端，通过自相关找到接收到数据的OFDM帧头，将数据序列变成OFDM帧，再提取接收数据中的副信息。
在上述技术方案的基础上，在接收端，将解码后的数据经过FFT变换，再经过信道均衡处理算法处理后，由正交振幅调制信号映射回bit序列。
在上述技术方案的基础上，在发送端，将待传输数据流加入循环前缀后发送至接收端；在接收端，通过自相关找到接收到数据的OFDM帧头，去除发送端添加的循环前缀。
本发明还提供一种降低OFDM系统中峰均比的编码系统，发送端包括：
信号映射模块，用于将待发送数据按调制阶数将bit位分组后映射正交振幅调制信号；
IFFT模块，用于将所述正交振幅调制信号从频域变换到时域；
矩阵编码模块，内部设有基于ZC序列的基矩阵，用于将基矩阵进行循环移位得到不同的循环矩阵，计算变换到时域的数据与不同的循环矩阵相乘后的峰均比，选择具有最小峰均比的一组数据用于传输，同时传递副信息，副信息为如何得到所选循环矩阵的信息；
并串转换模块，用于将最小峰均比的一组数据的OFDM帧变成待传输数据流；
接收端包括：
同步模块，用于通过自相关找到接收数据的OFDM帧头；
串并变换模块，用于将数据序列变换成OFDM帧；
矩阵解码模块，内部设有基于ZC序列的基矩阵，用于根据所述OFDM帧中的副信息和基矩阵，得到发送端选择的循环矩阵，还用于将循环矩阵逆变换得到逆矩阵，逆矩阵与接收数据相乘得到解码后的数据；
FFT模块，用于将解码后的数据由时域变换到频域；
信道均衡模块，用于将FFT模块处理后的数据经过信道均衡处理；
信号逆映射模块，用于将正交振幅调制信号映射回bit序列。
在上述技术方案的基础上，发送端还包括加循环前缀模块，用于增加循环前缀；接收端还包括去循环前缀模块，用于去除发送端添加的循环前缀。
本发明的有益效果在于：
在OFDM系统中使用具有相同基矩阵的循环矩阵，基矩阵由ZC序列形成，在发送端，数据分别与循环矩阵相乘后，选取PAPR低的多载波信号进行传输，在接收端，选择对应的循环矩阵进行逆变换实现解码，有效降低PAPR；由于附加信息为如何选择对应循环矩阵的信息，因此附件信息很小，计算量也较小，有利于降低系统成本。
在发送端，待发送数据流加入循环前缀后发送至接收端；在接收端先去除循环前缀即可，循环前缀的增加能够对抗多径效应。
附图说明
图1为本发明实施例降低OFDM系统中峰均比的编码系统示意图；
图2为图1中发送端矩阵编码模块内部示意图；
图3为图1中接收端矩阵解码模块内部示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明降低OFDM系统中峰均比的编码方法，包括：
在发送端和接收端均设置基于ZC序列的基矩阵，基矩阵进行循环移位得到不同的循环矩阵；
在发送端，待发送数据分别乘以不同的循环矩阵，分别计算得到PAPR，选择具有最小PAPR的一组数据用于传输，同时，将如何得到所选循环矩阵的信息作为副信息一同传输；
在接收端，提取接收数据中的副信息，根据副信息和基矩阵得到发送端选择的循环矩阵，循环矩阵逆变换得到逆矩阵，逆矩阵与接收数据相乘得到解码后的数据。
本实施例中，具体的：
在发送端，待发送数据调制阶数先由bit序列映射成QAM(Quadrature AmplitudeModulation，正交振幅调制)信号；再将信号进行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform快速傅里叶逆变换)变换，将数据从频域变换到时域；然后将数据分别乘以不同的循环矩阵，分别计算得到PAPR，选择具有最小PAPR的一组数据用于传输，同时，将如何得到所选循环矩阵的信息作为副信息一同传输；再通过并串变换，将OFDM帧变成待传输数据流；最后将待传输数据流加入循环前缀后，经过信道发送至接收端，增加循环前缀是为了对抗多径效应。
在接收端，首先通过自相关找到接收到数据的OFDM帧头，再去除发送端添加的循环前缀；然后经过串并变换，将数据序列变成OFDM帧；提取接收数据中的副信息，根据副信息和基矩阵得到发送端选择的循环矩阵，循环矩阵逆变换得到逆矩阵，逆矩阵与接收数据相乘得到解码后的数据；将解码后的数据经过FFT(Fast Fourier Transform快速傅里叶变换)变换，由于信号在信道传输过程中受到各种噪声和干扰影响，因此需要经过必要的信道均衡处理以减少信道损伤，最后按信号编码格式将高阶QAM信号映射回bit序列
本发明的原理在于：
假设待传输的复域信号为X＝[X1,X2,X3..,Xn],n＝(1,2,3,..N)，N为变换矩阵的行数。采用的循环变换基矩阵F为
其中ci是ZC(Zadoff-Chu)序列的对应元素，个数为N。ZC序列具有理想的周期自相关特性，各行通过循环移位得到且相关性为零。因此以ZC序列为基础构建的基矩阵F具有正交性，且F的共轭转置乘以F得到单位矩阵。这意味着数据乘以基矩阵F后并不改变其正交性，在接收端再乘以其共轭转置可恢复回来。
对基矩阵F进行循环移位可得到不同的循环矩阵，且不同的循环矩阵仍保持正交性。如相邻列循环移2位可得到循环矩阵F2：
F2中，N为偶数。上述过程中，待发送数据乘以基矩阵F或循环移位得到的循环矩阵F2后，可以降低实际发送信号的PAPR。待发送数据乘以不同循环矩阵后得到的发送信号PAPR不同，因此，可以选择具有最低PAPR的结果进行传输，同时将如何得到所选循环矩阵的信息作为副信息传输。接收端接收副信息后，可根据已知的基矩阵F得到对应的循环矩阵F2，完成逆变换。相对于传统的变换矩阵降低PAPR，本方法通过选择最优的循环矩阵，可以进一步优化PAPR。
如图1所示，本发明实施例降低OFDM系统中峰均比的编码系统，包括发送端和接收端。
发送端包括：
信号映射模块，用于将待发送数据按调制阶数将bit位分组后映射成QAM信号；
IFFT模块，用于将所述QAM信号从频域变换到时域；
矩阵编码模块，内部设有基于ZC序列的基矩阵，用于将基矩阵进行循环移位得到不同的循环矩阵，如图2中的循环矩阵F1到Fn，计算变换到时域的数据与不同的循环矩阵相乘后的峰均比，通过比较，选择具有最小PAPR的一组数据输出，同时传递副信息，副信息为如何得到所选循环矩阵的信息；
并串转换模块，用于将最小PAPR的一组数据的OFDM帧变成待传输数据流；
加循环前缀模块，用于对待传输数据流增加循环前缀，以对抗多径效应。
接收端包括：
同步模块，用于通过自相关找到接收数据的OFDM帧头；
去循环前缀模块，用于去除发送端添加的循环前缀；
串并变换模块，用于将数据序列变换成OFDM帧；
矩阵解码模块，内部设有基于ZC序列的基矩阵，如图3所示，用于根据所述OFDM帧中的副信息和基矩阵，得到发送端选择的循环矩阵，将循环矩阵逆变换得到逆矩阵，逆矩阵与接收数据相乘得到解码后的数据；
FFT模块，用于将解码后的数据由时域变换到频域；
信道均衡模块，用于将FFT模块处理后的数据经过信道均衡处理；
信号逆映射模块，用于将QAM信号映射回bit序列。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种降低OFDM系统中峰均比的编码方法，其特征在于，包括：
在发送端和接收端均设置基于ZC序列的基矩阵，基矩阵进行循环移位得到不同的循环矩阵；
在发送端，待发送数据分别乘以不同的循环矩阵，分别计算得到峰均比，选择具有最小峰均比的一组数据用于传输，同时，将如何得到所选循环矩阵的信息作为副信息一同传输；
在接收端，提取接收数据中的副信息，根据副信息和基矩阵得到发送端选择的循环矩阵，循环矩阵逆变换得到逆矩阵，逆矩阵与接收数据相乘得到解码后的数据；同时，
待发送数据先由bit序列映射成正交振幅调制信号，经过IFFT变换后，再分别乘以不同的循环矩阵；
在发送端，具有最小峰均比的一组数据和副信息通过并串变换，将OFDM帧变成待传输数据流；并将待传输数据流加入循环前缀后发送至接收端；在接收端，通过自相关找到接收到数据的OFDM帧头，去除发送端添加的循环前缀。
2.如权利要求1所述降低OFDM系统中峰均比的编码方法，其特征在于：在接收端，通过自相关找到接收到数据的OFDM帧头，将数据序列变成OFDM帧，再提取接收数据中的副信息。
3.如权利要求2所述降低OFDM系统中峰均比的编码方法，其特征在于：在接收端，将解码后的数据经过FFT变换，再经过信道均衡处理算法处理后，由正交振幅调制信号映射回bit序列。
4.一种降低OFDM系统中峰均比的编码系统，其特征在于，
发送端包括：
信号映射模块，用于将待发送数据按调制阶数将bit位分组后映射正交振幅调制信号；
IFFT模块，用于将所述正交振幅调制信号从频域变换到时域；
矩阵编码模块，内部设有基于ZC序列的基矩阵，用于将基矩阵进行循环移位得到不同的循环矩阵，计算变换到时域的数据与不同的循环矩阵相乘后的峰均比，选择具有最小峰均比的一组数据用于传输，同时传递副信息，副信息为如何得到所选循环矩阵的信息；
并串转换模块，用于将最小峰均比的一组数据的OFDM帧变成待传输数据流；
接收端包括：
同步模块，用于通过自相关找到接收数据的OFDM帧头；
串并变换模块，用于将数据序列变换成OFDM帧；
矩阵解码模块，内部设有基于ZC序列的基矩阵，用于根据所述OFDM帧中的副信息和基矩阵，得到发送端选择的循环矩阵，还用于将循环矩阵逆变换得到逆矩阵，逆矩阵与接收数据相乘得到解码后的数据；
FFT模块，用于将解码后的数据由时域变换到频域；
信道均衡模块，用于将FFT模块处理后的数据经过信道均衡处理；
信号逆映射模块，用于将正交振幅调制信号映射回bit序列；
发送端还包括加循环前缀模块，用于增加循环前缀；接收端还包括去循环前缀模块，用于去除发送端添加的循环前缀。
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