预编码及其解码的方法
【专利摘要】本发明涉及光通讯领域，公开了一种预编码及其解码的方法。首先采用正交幅度调制QAM将原始信号调制成原始符号分组X，然后采用预编码矩阵P对X进行预编码处理，得到预编码符号分组Y，最后通过正交频分多路复用调制OFDM将Y调制为预编码QAM-OFDM信号，其中，P中的元素pm,n为正值函数Pn（t）中的快速傅里叶逆变换的系数，Pn（t）为在给定时间间隔[0,T)内具有循环移位特性的一组子函数构成的函数。与现有技术相比，本发明使系统不会在同一时隙内出现峰值叠加的情况，预编码冗余可以包含在系统本身的OFDM信号中，实际是占用了发射端部分数据资源以换取更低的峰均比，另外，由于无需增加额外的保护时间间隔，系统接收端的处理更易于实现。
【专利说明】预编码及其解码的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通讯领域，特别涉及预编码及其解码的方法。
【背景技术】
[0002]OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分多路复用)技术因其具有高频谱效率及抵抗光纤传输色散的特性而被广泛应用于光接入网系统中，如可见光通信系统(VLC:Visible Light Communication)、无源光网络系统(PON:PassiveOPtical Network)、光载无线通信系统(RoF:Radio Over Fiber)以及超宽带通信系统(UWB:Ultra-Wide Bandwidth)中。然而 OFDM 信号的高 PAPR(Peak to Average PowerRatio，峰值平均功率比)成为了限制其应用的主要瓶颈之一。因为高PAPR将不仅导致线性功率放大器性能的劣化，从而对系统的整体性能造成直接影响。目前在光OFDM系统中抑制信号PAPR的主要途径可分为非线性方式(如限幅滤波、压扩变换)，概率选择方式(如选择映射、部分序列传输)以及编码方式三类，并且均能在一定程度上有效控制信号的PAPR。然而，以上方式也存在各自的不足与局限性，例如限幅滤波虽然实现简单但由于直接对原始信号进行非线性处理，将引入显著的带内噪声；压扩变化则需同时插入导频与保护间隔并在接收端进行额外的信道估计与均衡方能实现信号的正确接收；选择映射与部分序列传输两种方案需要基于概率在多个候选信号中反复进行比较选择，计算复杂度高且需要传输额外的边带信息以保证接收端的正确检测。与上述几种方案相比，预编码方案无需引入任何对信号的非线性处理，也无需传输任何类型的边带信息，实现复杂度低，因而具有良好的应用前景。
[0003]实际上，预编码方案已经在无线多径衰减信道的OFDM系统中得以应用，该方案通过引入保护时间间隔并采用平方根升余弦(SQRC:Square Root Raised Cosine)作为预编码函数，实现在无线OFDM系统中对信号PAPR的抑制。
[0004]但是由于现有技术中的预编码方案引入了额外的保护时间间隔，导致系统发射端有限的资源被进一步浪费，使系统接收端的处理不利于实现，而且，在同一时隙内会出现若干正值函数|Pn(t) I峰值叠加的情况，进而会增加整个体统信号峰均比。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种预编码及其解码的方法，使得系统不会在同一时隙内出现峰值叠加的情况，预编码冗余可以包含在系统本身的OFDM信号中，实际是占用了发射端部分数据资源以换取更低的峰均比，另外，由于无需增加额外的保护时间间隔，系统接收端的处理更易于实现。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种预编码方法，包含以下步骤:
[0007]采用正交幅度调制QAM将原始信号调制成原始符号分组X ；
[0008]采用预编码矩阵P对所述X进行预编码处理，得到预编码符号分组Y ；
[0009]通过正交频分多路复用调制OFDM将所述Y调制为预编码QAM-OFDM信号；[0010]其中，所述P中的元素Pw为正值函数Pn (t)中的快速傅里叶逆变换的系数；
[0011]所述Pm,n为所述P中第m行第n列的元素，所述Pn (t)为在给定时间间隔[0，T)内具有循环移位特性的一组子函数构成的函数。
[0012]本发明还提供了一种预编码的解码方法，包含以下步骤:
[0013]采用OFDM解调将预编码QAM-OFDM信号解调为预编码符号分组Y ；
[0014]采用解码矩阵F1对所述Y进行解码处理，得到原始符号分组X ；
[0015]通过QAM解调将所述X解调为原始信号输出；
[0016]其中，所述F1为预编码矩阵P的逆矩阵；所述P中的元素pm，n为正值函数Pn (t)的指数形式快速傅里叶逆变换的系数；
[0017]所述pm，n为所述P中第m行第n列的元素，所述Pn (t)为在给定时间间隔[0，T)内具有循环移位特性的一组子函数构成的函数。
[0018]现有技术中，为防止符号间干扰，在相邻OFDM信号间增加空余的保护时间间隔，因此实际OFDM信号的持续总时间便增加了，导致系统发射端有限的资源被进一步浪费，也会导致系统接收端的处理难度将会增加，并且，在现有技术中，同一时隙内会出现峰值叠加的情况，峰值叠加会使整个系统的峰均比(PAPR)瞬间增大，对整个系统的性能有很大的影响；而本发明中是将预编码冗余设计在系统本身的OFDM信号中，实际上是占用了发射端的部分数据资源，由于无需额外的保护时间间隔，系统接收端的处理将更易于实现，另外，由于本发明中的预编码矩阵P中的元素P1^n为正值函数Pn (t)中的快速傅里叶逆变换的系数，而正值函数Pn (t)为在给定时间间隔[0，T)内具有循环移位特性的一组子函数构成的函数，由于Pn (t)具有循环移位特性，使得系统不会在同一时隙内出现峰值叠加的情况，这样就能够有效的降低整个系统的PAPR。
[0019]优选地，所述Pn (t)的表达式为:
[0020]
【权利要求】
1.一种预编码方法，其特征在于，包含以下步骤: 采用正交幅度调制QAM将原始信号调制成原始符号分组X ； 采用预编码矩阵P对所述X进行预编码处理，得到预编码符号分组Y ； 通过正交频分多路复用调制OFDM将所述Y调制为预编码QAM-OFDM信号； 其中，所述P中的元素Pm，n为正值函数Pn (t)的指数形式快速傅里叶逆变换的系数；所述Pm，n为所述P中第m行第n列的元素，所述Pn (t)为在给定时间间隔[0，T)内具有循环移位特性的一组子函数构成的函数。
2.根据权利要求1所述的预编码方法，其特征在于，所述Pn(t)的表达式为:
3.根据权利要求1所述的预编码方法，其特征在于，在所述采用正交幅度调制QAM将原始信号调制成原始符号分组X的步骤中，包含以下子步骤: 对输入的所述原始信号进行QAM调制； 对所述经QAM调制后的原始信号进行串并变换； 通过子块分割将所述串并变换后的原始信号分解为长度为N的所述X ； 其中，所述X采用列向量的形式表示为=X=KtlX1X2...Xn_Jt ； 所述[.]T表示矩阵转置，所述Xi表示QAM调制符号，所述i=0，I, 2…N-1，所述N为所述X的符号长度。
4.根据权利要求1所述的预编码方法，其特征在于，在所述采用预编码矩阵P对所述X进行预编码处理，得到预编码符号分组Y的步骤中，包含以下子步骤: 所述X乘以LXN的所述P得到所述Y ；
其中，所述 Y 的矩阵形式表示为:Y=PX= [? ]LXN[.]NX1= [Y0Y1Y2.? ? Yl_Jt ； 所述L为所述Y的符号长度。
5.根据权利要求4所述的预编码方法，其特征在于，所述P定义如下:
6.根据权利要求1所述的预编码方法，其特征在于，在所述通过正交频分多路复用调制OFDM将所述Y调制为预编码QAM-OFDM信号的步骤中，包含以下子步骤: 通过子块合并对所述Y进行合并； 对所述Y进行IFFT变换得到预编码QAM-OFDM信号x (t)；将所述IFFT变换后的Y进行并串变换并增加循环前缀形成所述预编码QAM-OFDM信号; 其中，所述X (t)的表达式为:
7.一种预编码的解码方法，其特征在于，包含以下步骤: 采用OFDM解调将预编码QAM-OFDM信号解调为预编码符号分组Y ； 采用解码矩阵F1对所述Y进行解码处理，得到原始符号分组X ； 通过QAM解调将所述X解调为原始信号输出； 其中，所述F1为预编码矩阵P的逆矩阵；所述P中的元素Pm，n为正值函数Pn (t)的指数形式快速傅里叶逆变换的系数； 所述Pm，n为所述P中第m行第n列的元素，所述Pn (t)为在给定时间间隔[0，T)内具有循环移位特性的一组子函数构成的函数。
8.根据权利要求7所述的预编码的解码方法，其特征在于，在所述采用OFDM解调将预编码QAM-OFDM信号解调为预编码符号分组Y的步骤中，包含以下子步骤: 对接收到的所述预编码QAM-OFDM信号进行串并变换并去除所述预编码QAM-OFDM信号的循环如缀； 通过快速傅里叶变换FFT对所述去除了循环前缀的预编码QAM-OFDM信号进行变换； 通过子块分割将所述经过FFT变换后的预编码QAM-OFDM信号分解为长度为L的所述Y。
9.根据权利要求7所述的预编码的解码方法，其特征在于，在所述采用解码矩阵P—1对所述Y进行解码处理，得到原始符号分组X的步骤中，包含以下子步骤: 所述Y乘以NXL的所述P—1得到所述X。
10.根据权利要求7所述的预编码的解码方法，其特征在于，在所述通过QAM解调将所述X解调为原始信号输出的步骤中，包含以下子步骤: 通过子块合并对所述X进行合并； 对所述合并后的X进行并串变换； 通过QAM解调将所述并串变换后的所述X解调成原始信号输出。
【文档编号】H04L1/00GK103701745SQ201310571091
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】迟楠, 王燕瑾 申请人:复旦大学