WO2018032244A1

WO2018032244A1 - 预编码装置、解预编码装置、方法和系统

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Publication number: WO2018032244A1
Application number: PCT/CN2016/095288
Authority: WO
Inventors: 杨凡; 王昕�
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-08-15
Filing date: 2016-08-15
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2019-02-15

Abstract

本发明实施例提供了一种预编码装置、解预编码装置、方法和系统，在本发明实施例中，对多载波数据进行半正交频分复用(SOFDM)调制之前，使用预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的多个数据映射到多个子载波上，由此有效降低了SOFDM系统的峰均比(PARP)。

Description

预编码装置、解预编码装置、方法和系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种预编码装置、解预编码装置、方法和系统。

背景技术

多载波系统(例如正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)系统)能够提供更大的覆盖范围、更好的传输质量、更高的数据速率和频谱效率。然而，由于多载波符号是由多个独立经过调制的子载波信号叠加而成的，当各个子载波信号的相位相同或者相近时，叠加信号便会受到相同初始相位信号的调制，从而产生较大的瞬时功率峰值，由此进一步带来较高的峰值平均功率比(Peak to Average Power Ratio)，简称峰均比(PAPR)。

由于一般的功率放大器的动态范围都是有限的，所以峰均比较大的多载波信号极易进入功率放大器的非线性区域，导致信号产生非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能严重下降。高峰均比已成为多载波的一个主要技术阻碍。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

发明人发现，半正交频分复用(Semi-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，SOFDM)也是一种多载波技术，同样有PAPR较高的问题，但由于该技术较新，还没有针对SOFDM的抑制PAPR的技术。

为了解决SOFDM系统的PAPR较高的问题，本发明实施例提供了一种预编码装置、解预编码装置、方法和系统，以有效降低SOFDM系统的PAPR。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种预编码装置，配置于多载波通信系统的发送机中，其中，所述装置包括：

预编码单元，其使用预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的多个数据映射到多个子载波上。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种解预编码装置，配置于多载波通信系统的接收机中，其中，所述装置包括：

解预编码单元，其使用预编码矩阵的逆矩阵对接收到的经过预编码的多个子载波数据进行解预编码，得到解预编码后的数据。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种发送机，其中，所述发送机包括前述第一方面所述的装置。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种接收机，其中，所述接收机包括前述第二方面所述的装置。

根据本发明实施例的第五方面，提供了一种多载波通信系统，其中，所述系统包括前述第三方面所述的发送机和前述第四方面所述的接收机。

本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例在对多个子载波的数据进行SOFDM调制之前，先通过一个方阵对其进行预编码，由此有效降低了SOFDM系统的PARP。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是实施例1的预编码装置的示意图；

图2是集中式映射方式对应的发送机的信号处理示意图；

图3是分布式映射方式对应的发送机的信号处理示意图；

图4是实施例2的解预编码装置的示意图；

图5是集中式映射方式对应的接收机的信号处理示意图；

图6是分布式映射方式对应的接收机的信号处理示意图；

图7是实施例3的发送机的示意图；

图8是实施例4的接收机的示意图；

图9是实施例5的通信系统的示意图；

图10是实施例6的预编码方法的示意图；

图11是实施例7的解预编码方法的示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。下面结合附图对本发明的各种实施方式进行说明。这些实施方式只是示例性的，不是对本发明的限制。

实施例1

本实施例提供了一种预编码装置，配置于多载波通信系统的发送端，例如发送机中。图1是该装置的组成示意图，如图1所示，该装置100包括：预编码单元101，其使用预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的多个数据映射到多个子载波上。

在本实施例中，在对待发送数据的多个调制符号进行SOFDM调制之前，先使用一个预编码矩阵对该待发送数据的多个调制符号进行预编码，由此降低了SOFDM调制下的PAPR。

在本实施例中，该预编码矩阵可以是一个M×M阶的方阵，M为有效数据的个数，M≤K，K为总子载波个数。例如，该预编码矩阵可以是M×M阶的离散余弦变换矩阵，也可以是M×M阶的离散正弦变换矩阵，还可以是M×M阶的离散余弦变换矩阵和离散正弦变换矩阵的组合，本实施例并不以此作为限制。

在本实施例的一个实施方式中，该预编码单元101将预编码后的多个数据映射到多个连续的子载波上，也即对该预编码后的多个数据进行集中式映射。

图2是集中式映射方式对应的发送机的信号处理示意图，如图2所示，待发送数据x经过调制，再经过串并转换(S/P)后，得到该待发送数据的多个调制符号a，本实施例的该预编码单元101使用预编码矩阵W对该多个调制符号a进行预编码，得到预编码后的数据a’，然后将该预编码后的数据a’映射到多个连续的子载波上，经过SOFDM调制后，再经过并串转换(P/S)后发送出去。

在本实施方式中，该多个调制符号a可以表示为：

在本实施方式中，该预编码后的数据a’可以表示为：

在本实施方式中，该预编码后的数据a’与该多个调制符号a满足如下关系：

a'＝W·a；

其中，W为M×M阶预编码矩阵，M为有效数据个数，M≤K，(·)^T为非共轭转置。

在本实施方式中，映射到SOFDM调制器上的多个子载波数据b可以表示为：

在本实施方式中，如图2所示，预编码后的多个子载波数据a’分布在连续的子载波上，也即：

其中，b_k是子载波k上承载的数据，k₀是数据的起始子载波的序号，0≤k₀≤K-M。

在本实施方式中，通过SOFDM调制器对多个子载波上的数据b进行SOFDM调制后，可以对调制后的该多个子载波上的数据进行并串转换，而后即可按照现有手段发送出去，例如进行循环前缀(CP，Cyclic Prefix)封装并发送等。

在本实施方式中，并串转换后的信号可以表示为：

其中，T为多载波符号持续时间，0＜t＜T，

在本实施方式中，先使用一个预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的数据映射到多个连续的子载波上，再对子载波数据进行SOFDM调制，可以有效降低SOFDM调制的PAPR。

在本实施例的另一个实施方式中，该预编码单元101将预编码后的数据映射到非连续的多个子载波上，也即对该预编码后的数据进行分布式映射。

图3是分布式映射方式对应的发送机的信号处理示意图，如图3所示，与图2不同的是，预编码后的多个数据a’分布在非连续的子载波上，本实施例对非连续的分布方式不作限制，例如可以是等间隔的分布，也可以是非等间隔的分别，或者随机分布，但要保证发送机和接收机的理解一致，以便在接收端能够正确地解预编码和解调数据。

在本实施方式中，先使用一个预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的数据映射到多个非连续的子载波上，再对子载波数据进行SOFDM调制，可以有效降低SOFDM调制的PAPR。

通过本实施例的预编码装置，在对多个子载波的数据进行SOFDM调制之前，先通过一个方阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，由此有效降低了SOFDM系统的PARP。

实施例2

本实施例提供了一种解预编码装置，配置于多载波通信系统的接收端，例如接收机中。该解预编码装置是对应实施例1的预编码装置的接收端的处理，其中与实施例1相同的内容不再重复说明。

图4是本实施例的解预编码装置的组成示意图，如图4所示，该解预编码装置400包括：解预编码单元401，其使用预编码矩阵的逆矩阵对接收到的经过预编码的多个子载波数据进行解预编码，得到解预编码后的数据。

在本实施例中，由于在发送端，在进行SOFDM调制之前，对多个子载波数据进行了预编码，因此在接收端，需要执行该预编码的逆处理，也即，使用发送端在进行预编码时所使用的预编码矩阵的逆矩阵，对接收到的多个子载波数据进行解预编码，得到解预编码后的数据。由此，可以有效降低SOFDM的PAPR。

在本实施例中，与发送端对应的，该预编码矩阵的逆矩阵也是一个M×M阶的方阵，M为有效数据的个数，M≤K，K为总子载波个数。并且，该预编码矩阵的逆矩阵可以是M×M阶的离散余弦变换矩阵的逆矩阵，也可以是M×M阶的离散正弦变换矩阵的逆矩阵，还可以是M×M阶的离散余弦变换矩阵和离散正弦变换矩阵的组合的逆矩阵，本实施例并不以此作为限制，但接收端使用的方阵与发送端使用的方阵是对应的，例如，发送端使用了M×M阶的离散余弦变换矩阵，则接收端使用M×M阶的离散余弦变换矩阵的逆矩阵，以此类推，不再赘述。

在本实施例中，类似的，因为在发送端，多个预编码后的数据被映射到多个连续的子载波上，或者被映射到多个非连续的子载波上，因此，在接收端接收到的上述多个子载波数据可以是从多个连续的子载波上接收下来的，也可以是从多个非连续的子载波上接收下来的，具体取决于在发送端上述预编码后的多个数据的映射方式。

图5是集中式映射方式对应的接收机的信号处理示意图，如图5所示，接收信号y经过CP去除、串并转换、SOFDM解调、信道均衡、SOFDM检测之后，得到多个子载波数据的估计结果

由于该多个子载波数据中的有效数据

在发送端被使用预编码矩阵进行了预编码，因此，在本实施例中，利用解预编码单元401使用上述预编码矩阵的逆矩阵对该经过预编码的多个子载波数据

进行解预编码，得到解预编码后的数据

而后，可以对该解预编码后的数据

进行并串转换，再对并串转换后的数据进行解调，得到解调数据

在本实施方式中，如图5所示，该经过预编码的多个子载波数据

是从连续的多个子载波上接收下来的。

图6是分布式映射方式对应的接收机的信号处理示意图，如图6所示，与图5的实施方式不同的是，该经过预编码的多个子载波数据

是从非连续的多个子载波上接收下来的。

通过本实施例的解预编码装置，在对多个子载波的数据进行SOFDM调制之前，先通过一个方阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，在接收端再通过该方阵的逆矩阵对接收到的多个子载波数据中的有效数据进行解预编码，由此有效降低了SOFDM系统的PARP。

实施例3

本发明实施例提供一种发送机。

图7是本实施例的发送机700的系统构成的示意图，如图7所示，该发送机700 包括调制模块701、串并转换模块702、预编码模块703、SOFDM调制模块704、并串转换模块705以及射频模块706。值得注意的是，该图是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。

在本实施例中，该调制模块701、串并转换模块702、SOFDM调制模块704、并串转换模块705以及射频模块706的功能可以参考现有技术，该预编码模块703可以通过实施例1的预编码装置100来实现，其内容被合并于此，此处不再赘述。

值得注意的是，发送机700也并不是必须要包括图7中所示的所有部件；此外，发送机700还可以包括图7中没有示出的部件，可以参考现有技术。

通过本实施例的发送机，可以降低SOFDM系统的PARP。

实施例4

本发明实施例提供一种接收机。

图8是本实施例的接收机800的系统构成的示意图，如图8所示，该接收机800可以包括：射频处理模块801、串并转换模块802、SOFDM解调模块803、信道均衡模块804、SOFDM检测模块805、解预编码模块806、并串转换模块807以及解调模块808。值得注意的是，该图是示例性的；还可以使用其他类型的结构，来补充或代替该结构，以实现电信功能或其他功能。

在本实施例中，射频处理模块801、串并转换模块802、SOFDM解调模块803、信道均衡模块804、SOFDM检测模块805、并串转换模块807以及解调模块808的功能可以参考现有技术，解预编码模块806可以通过实施例2的解预编码装置400来实现，其内容被合并于此，此处不再赘述。

值得注意的是，接收机800也并不是必须要包括图8中所示的所有部件；此外，接收机800还可以包括图8中没有示出的部件，可以参考现有技术。

通过本实施例的接收机，可以降低SOFDM系统的PARP。

实施例5

本发明实施例还提供一种多载波通信系统。

图9是本实施例的多载波通信系统的构成示意图，如图9所示，该通信系统900包括发送机901和接收机902。

在本实施例中，该发送机901被配置为：使用预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的多个数据映射到多个子载波上。该发送机901可以通过实施例3所述的发送机700来实现，其内容被合并于此，此处不再赘述。

在本实施例中，该接收机902被配置为：使用预编码矩阵的逆矩阵对接收到的经过预编码的多个子载波数据进行解预编码，得到解预编码后的数据。该接收机902可以通过实施例4所述的接收机800来实现，其内容被合并于此，此处不再赘述。

通过本实施例的多载波通信系统，可以降低SOFDM系统的PARP。

实施例6

本发明实施例提供了一种预编码方法，由于该方法解决问题的原理与实施例1的装置类似，因此其具体的实施可以参照实施例1的装置的实施，内容相同之处不再重复说明。

图10是该方法的流程图，请参照图10，该方法包括：

步骤1001：使用预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的多个数据映射到多个子载波上。

在本实施例中，该预编码矩阵为M×M阶的方阵，M为有效数据的个数，M≤K，K为总子载波个数。

在本实施例中，该预编码矩阵为以下矩阵的任意一个：M×M阶的离散余弦变换矩阵；M×M阶的离散正弦变换矩阵；M×M阶的离散余弦变换矩阵和离散正弦变换矩阵的组合。

在本实施例中，可以将预编码后的多个数据映射到连续的多个子载波上或者非连续的多个子载波上。

通过本实施例的方法，降低了SOFDM系统的PARP。

实施例7

本发明实施例提供了一种解预编码方法，由于该方法解决问题的原理与实施例2的装置类似，因此其具体的实施可以参照实施例2的装置的实施，内容相同之处不再重复说明。

图11是该方法的流程图，请参照图11，该方法包括：

步骤1101：使用预编码矩阵的逆矩阵对接收到的经过预编码的多个子载波数据进行解预编码，得到解预编码后的数据。

在本实施例中，该预编码矩阵的逆矩阵为M×M阶的方阵，M为有效数据的个数，M≤K，K为总子载波个数。

在本实施例中，该预编码矩阵的逆矩阵为以下矩阵的任意一个：M×M阶的离散余弦变换矩阵的逆矩阵；M×M阶的离散正弦变换矩阵的逆矩阵；M×M阶的离散余弦变换矩阵和离散正弦变换矩阵的组合的逆矩阵。

在本实施例中，所述多个子载波数据是从连续的多个子载波上接收下来的，或者，所述多个子载波数据是从非连续的多个子载波上接收下来的。

通过本实施例的方法，降低了SOFDM系统的PARP。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在预编码装置或发送机中执行所述程序时，所述程序使得所述预编码装置或发送机执行实施例6所述的方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得预编码装置或发送机执行实施例6所述的方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在多载波解调装置或接收机中执行所述程序时，所述程序使得所述预编码装置或接收机执行实施例7所述的方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得解预编码装置或接收机执行实施例7所述的方法。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。逻辑部件例如现场可编程逻辑部件、微处理器、计算机中使用的处理器等。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims

一种预编码装置，配置于多载波通信系统的发送机中，其中，所述装置包括：

预编码单元，其使用预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的多个数据映射到多个子载波上。
根据权利要求1所述的装置，其中，所述预编码矩阵为M×M阶的方阵，M为有效数据的个数，M≤K，K为总子载波个数。
根据权利要求2所述的装置，其中，所述预编码矩阵为以下矩阵的任意一个：M×M阶的离散余弦变换矩阵；M×M阶的离散正弦变换矩阵；M×M阶的离散余弦变换矩阵和离散正弦变换矩阵的组合。
根据权利要求1所述的装置，其中，所述预编码单元将预编码后的多个数据映射到连续的多个子载波上或者非连续的多个子载波上。
一种解预编码装置，配置于多载波通信系统的接收机中，其中，所述装置包括：

解预编码单元，其使用预编码矩阵的逆矩阵对接收到的经过预编码的多个子载波数据进行解预编码，得到解预编码后的数据。
根据权利要求5所述的装置，其中，所述预编码矩阵的逆矩阵为M×M阶的方阵，M为有效数据的个数，M≤K，K为总子载波个数。
根据权利要求6所述的装置，其中，所述预编码矩阵的逆矩阵为以下矩阵的任意一个：M×M阶的离散余弦变换矩阵的逆矩阵；M×M阶的离散正弦变换矩阵的逆矩阵；M×M阶的离散余弦变换矩阵和离散正弦变换矩阵的组合的逆矩阵。
根据权利要求5所述的装置，其中，所述多个子载波数据是从连续的多个子载波上接收下来的，或者，所述多个子载波数据是从非连续的多个子载波上接收下来的。
一种多载波通信系统，所述系统包括发送机和接收机，其中，

所述发送机被配置为：使用预编码矩阵对待发送数据的多个调制符号进行预编码，将预编码后的多个数据映射到多个子载波上；

所述接收机被配置为：使用预编码矩阵的逆矩阵对接收到的经过预编码的多个子载波数据进行解预编码，得到解预编码后的数据。
根据权利要求9所述的系统，其中，所述预编码矩阵为M×M阶的方阵，M为有效数据的个数，M≤K，K为总子载波个数。
根据权利要求10所述的系统，其中，所述预编码矩阵为以下矩阵的任意一个：M×M阶的离散余弦变换矩阵；M×M阶的离散正弦变换矩阵；M×M阶的离散余弦变换矩阵和离散正弦变换矩阵的组合。
根据权利要求9所述的系统，其中，所述发送机将预编码后的多个数据映射到连续的多个子载波上或者非连续的多个子载波上。
根据权利要求9所述的系统，其中，所述预编码矩阵的逆矩阵为M×M阶的方阵，M为有效数据的个数，M≤K，K为总子载波个数。
根据权利要求13所述的系统，其中，所述预编码矩阵的逆矩阵为以下矩阵的任意一个：M×M阶的离散余弦变换矩阵的逆矩阵；M×M阶的离散正弦变换矩阵的逆矩阵；M×M阶的离散余弦变换矩阵和离散正弦变换矩阵的组合的逆矩阵。
根据权利要求9所述的系统，其中，所述多个子载波数据是从连续的多个子载波上接收下来的，或者，所述多个子载波数据是从非连续的多个子载波上接收下来的。