預編碼及其解碼的方法

2023-05-06 20:14:41

預編碼及其解碼的方法
【專利摘要】本發明涉及光通訊領域，公開了一種預編碼及其解碼的方法。首先採用正交幅度調製QAM將原始信號調製成原始符號分組X，然後採用預編碼矩陣P對X進行預編碼處理，得到預編碼符號分組Y，最後通過正交頻分多路復用調製OFDM將Y調製為預編碼QAM-OFDM信號，其中，P中的元素pm,n為正值函數Pn（t）中的快速傅立葉逆變換的係數，Pn（t）為在給定時間間隔[0,T)內具有循環移位特性的一組子函數構成的函數。與現有技術相比，本發明使系統不會在同一時隙內出現峰值疊加的情況，預編碼冗餘可以包含在系統本身的OFDM信號中，實際是佔用了發射端部分數據資源以換取更低的峰均比，另外，由於無需增加額外的保護時間間隔，系統接收端的處理更易於實現。
【專利說明】預編碼及其解碼的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光通訊領域，特別涉及預編碼及其解碼的方法。
【背景技術】
[0002]OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分多路復用)技術因其具有高頻譜效率及抵抗光纖傳輸色散的特性而被廣泛應用於光接入網系統中，如可見光通信系統(VLC:Visible Light Communication)、無源光網絡系統(PON:PassiveOPtical Network)、光載無線通信系統(RoF:Radio Over Fiber)以及超寬帶通信系統(UWB:Ultra-Wide Bandwidth)中。然而 OFDM 信號的高 PAPR(Peak to Average PowerRatio，峰值平均功率比)成為了限制其應用的主要瓶頸之一。因為高PAPR將不僅導致線性功率放大器性能的劣化，從而對系統的整體性能造成直接影響。目前在光OFDM系統中抑制信號PAPR的主要途徑可分為非線性方式(如限幅濾波、壓擴變換)，概率選擇方式(如選擇映射、部分序列傳輸)以及編碼方式三類，並且均能在一定程度上有效控制信號的PAPR。然而，以上方式也存在各自的不足與局限性，例如限幅濾波雖然實現簡單但由於直接對原始信號進行非線性處理，將引入顯著的帶內噪聲；壓擴變化則需同時插入導頻與保護間隔並在接收端進行額外的信道估計與均衡方能實現信號的正確接收；選擇映射與部分序列傳輸兩種方案需要基於概率在多個候選信號中反覆進行比較選擇，計算複雜度高且需要傳輸額外的邊帶信息以保證接收端的正確檢測。與上述幾種方案相比，預編碼方案無需引入任何對信號的非線性處理，也無需傳輸任何類型的邊帶信息，實現複雜度低，因而具有良好的應用前景。
[0003]實際上，預編碼方案已經在無線多徑衰減信道的OFDM系統中得以應用，該方案通過引入保護時間間隔並採用平方根升餘弦(SQRC:Square Root Raised Cosine)作為預編碼函數，實現在無線OFDM系統中對信號PAPR的抑制。
[0004]但是由於現有技術中的預編碼方案引入了額外的保護時間間隔，導致系統發射端有限的資源被進一步浪費，使系統接收端的處理不利於實現，而且，在同一時隙內會出現若干正值函數|Pn(t) I峰值疊加的情況，進而會增加整個體統信號峰均比。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種預編碼及其解碼的方法，使得系統不會在同一時隙內出現峰值疊加的情況，預編碼冗餘可以包含在系統本身的OFDM信號中，實際是佔用了發射端部分數據資源以換取更低的峰均比，另外，由於無需增加額外的保護時間間隔，系統接收端的處理更易於實現。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種預編碼方法，包含以下步驟:
[0007]採用正交幅度調製QAM將原始信號調製成原始符號分組X ；
[0008]採用預編碼矩陣P對所述X進行預編碼處理，得到預編碼符號分組Y ；
[0009]通過正交頻分多路復用調製OFDM將所述Y調製為預編碼QAM-OFDM信號；[0010]其中，所述P中的元素Pw為正值函數Pn (t)中的快速傅立葉逆變換的係數；
[0011]所述Pm,n為所述P中第m行第n列的元素，所述Pn (t)為在給定時間間隔[0，T)內具有循環移位特性的一組子函數構成的函數。
[0012]本發明還提供了一種預編碼的解碼方法，包含以下步驟:
[0013]採用OFDM解調將預編碼QAM-OFDM信號解調為預編碼符號分組Y ；
[0014]採用解碼矩陣F1對所述Y進行解碼處理，得到原始符號分組X ；
[0015]通過QAM解調將所述X解調為原始信號輸出；
[0016]其中，所述F1為預編碼矩陣P的逆矩陣；所述P中的元素pm，n為正值函數Pn (t)的指數形式快速傅立葉逆變換的係數；
[0017]所述pm，n為所述P中第m行第n列的元素，所述Pn (t)為在給定時間間隔[0，T)內具有循環移位特性的一組子函數構成的函數。
[0018]現有技術中，為防止符號間幹擾，在相鄰OFDM信號間增加空餘的保護時間間隔，因此實際OFDM信號的持續總時間便增加了，導致系統發射端有限的資源被進一步浪費，也會導致系統接收端的處理難度將會增加，並且，在現有技術中，同一時隙內會出現峰值疊加的情況，峰值疊加會使整個系統的峰均比(PAPR)瞬間增大，對整個系統的性能有很大的影響；而本發明中是將預編碼冗餘設計在系統本身的OFDM信號中，實際上是佔用了發射端的部分數據資源，由於無需額外的保護時間間隔，系統接收端的處理將更易於實現，另外，由於本發明中的預編碼矩陣P中的元素P1^n為正值函數Pn (t)中的快速傅立葉逆變換的係數，而正值函數Pn (t)為在給定時間間隔[0，T)內具有循環移位特性的一組子函數構成的函數，由於Pn (t)具有循環移位特性，使得系統不會在同一時隙內出現峰值疊加的情況，這樣就能夠有效的降低整個系統的PAPR。
[0019]優選地，所述Pn (t)的表達式為:
[0020]
【權利要求】
1.一種預編碼方法，其特徵在於，包含以下步驟: 採用正交幅度調製QAM將原始信號調製成原始符號分組X ； 採用預編碼矩陣P對所述X進行預編碼處理，得到預編碼符號分組Y ； 通過正交頻分多路復用調製OFDM將所述Y調製為預編碼QAM-OFDM信號； 其中，所述P中的元素Pm，n為正值函數Pn (t)的指數形式快速傅立葉逆變換的係數；所述Pm，n為所述P中第m行第n列的元素，所述Pn (t)為在給定時間間隔[0，T)內具有循環移位特性的一組子函數構成的函數。
2.根據權利要求1所述的預編碼方法，其特徵在於，所述Pn(t)的表達式為:

3.根據權利要求1所述的預編碼方法，其特徵在於，在所述採用正交幅度調製QAM將原始信號調製成原始符號分組X的步驟中，包含以下子步驟: 對輸入的所述原始信號進行QAM調製； 對所述經QAM調製後的原始信號進行串並變換； 通過子塊分割將所述串並變換後的原始信號分解為長度為N的所述X ； 其中，所述X採用列向量的形式表示為=X=KtlX1X2...Xn_Jt ； 所述[.]T表示矩陣轉置，所述Xi表示QAM調製符號，所述i=0，I, 2…N-1，所述N為所述X的符號長度。
4.根據權利要求1所述的預編碼方法，其特徵在於，在所述採用預編碼矩陣P對所述X進行預編碼處理，得到預編碼符號分組Y的步驟中，包含以下子步驟: 所述X乘以LXN的所述P得到所述Y ；
其中，所述 Y 的矩陣形式表示為:Y=PX= [? ]LXN[.]NX1= [Y0Y1Y2.? ? Yl_Jt ； 所述L為所述Y的符號長度。
5.根據權利要求4所述的預編碼方法，其特徵在於，所述P定義如下:

6.根據權利要求1所述的預編碼方法，其特徵在於，在所述通過正交頻分多路復用調製OFDM將所述Y調製為預編碼QAM-OFDM信號的步驟中，包含以下子步驟: 通過子塊合併對所述Y進行合併； 對所述Y進行IFFT變換得到預編碼QAM-OFDM信號x (t)；將所述IFFT變換後的Y進行並串變換並增加循環前綴形成所述預編碼QAM-OFDM信號; 其中，所述X (t)的表達式為:
7.一種預編碼的解碼方法，其特徵在於，包含以下步驟: 採用OFDM解調將預編碼QAM-OFDM信號解調為預編碼符號分組Y ； 採用解碼矩陣F1對所述Y進行解碼處理，得到原始符號分組X ； 通過QAM解調將所述X解調為原始信號輸出； 其中，所述F1為預編碼矩陣P的逆矩陣；所述P中的元素Pm，n為正值函數Pn (t)的指數形式快速傅立葉逆變換的係數； 所述Pm，n為所述P中第m行第n列的元素，所述Pn (t)為在給定時間間隔[0，T)內具有循環移位特性的一組子函數構成的函數。
8.根據權利要求7所述的預編碼的解碼方法，其特徵在於，在所述採用OFDM解調將預編碼QAM-OFDM信號解調為預編碼符號分組Y的步驟中，包含以下子步驟: 對接收到的所述預編碼QAM-OFDM信號進行串並變換並去除所述預編碼QAM-OFDM信號的循環如綴； 通過快速傅立葉變換FFT對所述去除了循環前綴的預編碼QAM-OFDM信號進行變換； 通過子塊分割將所述經過FFT變換後的預編碼QAM-OFDM信號分解為長度為L的所述Y。
9.根據權利要求7所述的預編碼的解碼方法，其特徵在於，在所述採用解碼矩陣P—1對所述Y進行解碼處理，得到原始符號分組X的步驟中，包含以下子步驟: 所述Y乘以NXL的所述P—1得到所述X。
10.根據權利要求7所述的預編碼的解碼方法，其特徵在於，在所述通過QAM解調將所述X解調為原始信號輸出的步驟中，包含以下子步驟: 通過子塊合併對所述X進行合併； 對所述合併後的X進行並串變換； 通過QAM解調將所述並串變換後的所述X解調成原始信號輸出。
【文檔編號】H04L1/00GK103701745SQ201310571091
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2013年11月13日
【發明者】遲楠, 王燕瑾 申請人:復旦大學