一种降低多载波通信信号papr的方法
【专利摘要】本发明公开了一种降低多载波通信信号PAPR的方法，包括下述步骤：（1）NS-QCLDPC编码；（2）生成相位矢量；（3）反转操作；（4）多载波调制；（5）计算当前相位矢量下多载波信号的PAPR值并记录；（6）改变相位矢量，重复（3）、（4）、（5）；（7）比较所记录的多种相位矢量下多载波信号的PAPR值，选择使多载波信号PAPR最小的相位矢量作为最优相位矢量，对应的发送码字经过符号映射、子载波映射、多载波复用后最终经过天线发送出去。本发明能够显著降低多载波通信信号峰均功率比，且几乎不对系统误码率性能和系统数据传输率造成影响。
【专利说明】一种降低多载波通信信号PAPR的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线多载波通信领域，具体涉及ー种降低多载波通信信号PAPR的方法。
【背景技术】
[0002]多载波通信技术，尤其是正交频分复用(OFDM)通信技术已经被广泛应用于无线通信中。多载波通信的一个显著缺点是多载波通信信号具有较高的峰值与平均值功率比，简称峰均功率比(PAPR)。较高的PAPR要求通信系统中功率放大器、数模转换器等模块具有较大的线性动态范围，否则会导致带内信号失真和带外频谱泄露，造成OFDM系统性能大幅下降。目前，可以通过(CN102624665A)中的NS-LDPC码来降低多载波通信信号PAPR。
[0003]该方法通过采用ー种特殊结构的LDPC码，能够有效降低多载波信号PAPR。该方法在降低PAPR的同时可以取得良好的纠错性能，然而较高的编解码复杂度以及较大的存储空间在一定程度上限制了 NS-LDPC码在实际系统中的应用。为了加速LDPC码的实用化进展，准循环(Quas1-Cyclic，QC)低密度奇偶校验码就成为ー类非常重要的LDPC码，它具有一定的代数结构，所需要的存储空间小，而且具有非常低的线性编码复杂度，它的这些优越特性为进一歩的硬件实现奠定了非常良好的基础。
[0004]综上所述，当前通过LDPC码降低多载波通信信号PAPR的方法的缺点包括:编解码复杂度较高且所需存储空间较大。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提出了一种降低多载波通信信号PAPR的方法，可以在降低编解码复杂度以及所需存储空间的情况下，显著降低多载波信号PAPR且几乎不损失系统性能(包括系统误码率和系统数据传输率)。
[0006]为实现以上发明目的，本发明通过以下技术方案来实现:
[0007]—种降低多载波通信信号PAPR的方法，其特征在于，包括下述步骤:
[0008](I) NS-QCLDPC 编码:
[0009]根据预先设定的M值，构造NS-QCLDPC码的基矩阵Hb，满足:对于i=0，I,…，mb-l, r=0, I,…，M-l, card(Ji；r)为偶数，其中，JiJ= {j Iaij ≥ 0 Jimod(aip M) =r} ,a^ 表示 Hb中位于第i行第j列的元素，card (U表示集合Ju的基数，即集合中包含的元素的个数；
[0010]依据构造得到的mb行nb列的基矩阵Hb得到mbXL行、nbXL列的校验矩阵H，其中，校验矩阵H的每一列对应ー个编码比持，设编码比特集合为V，所述V包含M个可反转子集{V°，V1，…，VmI，校验矩阵的第j列对应的编码比特标记为属于可反转子集Vx，其中，0≤j<nbL, x=mod (j, M)，M为子矩阵维数L的正整数因子；
[0011](2)生成相位矢量:
[0012]产生ー个相位矢量作为当前相位矢量,相位矢量中的元素(即相位比特)0表示对应的可反转子集不反转，相位矢量中的元素(即相位比特)I表示对应的可反转子集反转；[0013](3)反转操作:
[0014]依据当前相位矢量分别对NS-QCLDPC码中每个可反转子集独立地进行反转操作，称经过反转操作的码字为变化码字；
[0015](4)多载波调制:
[0016]依次对得到的当前的变化码字进行符号映射、子载波映射、多载波复用，得到ー个多载波信号；
[0017](5)计算当前相位矢量下该多载波信号的PAPR值并记录；
[0018](6)改变相位矢量，重复步骤(3)、(4)、(5)；
[0019](7)比较所记录的多种相位矢量下多载波信号的PAPR值，选择使多载波信号PAPR最小的相位矢量作为最优相位矢量，并称最优相位矢量下对应的变化码字为发送码字；将发送码字进行符号映射、子载波映射、多载波复用后最終经过天线发送出去。
[0020]与现有技术相比，本发明提出的采用NS-QCLDPC码降低多载波通信信号PAPR的方法可以在几乎不损失系统性能的情况下显著降低多载波信号PAPR，同时可以降低编解码复杂度以及所需存储空间。较强的实用性使得此方法可应用于采用多载波技术的各种通信系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0021 ] 图1是QC-LDPC码的校验矩阵H和对应的基矩阵Hb ；
[0022]图2是应用NS-QCLDPC码降低多载波信号PAPR的发射机框图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进ー步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]如图1所示，QC-LDPC码可以用校验矩阵及其对应的基矩阵来表示，若au≥0(i=0, I, ---,IHb-1, j=0, I, ---,Iib-1),图中I (aj表示的是ー个大小为LXL的循环置换矩阵，即第y行(y=0，l，…，L-1)的“ I”位于第[(y+ajmod L]列，其余元素为0 ;若&〈0，I (?)表示的是ー个大小为LXL的全零矩阵。
[0025]本发明提出的NS-QCLDPC码是ー种QC-LDPC码，其具有如下独特的结构:
[0026](I) NS-QCLDPC具有M (M≥I)个可反转子集，且这些可反转子集之间没有交集。所述可反转子集定义为QC-LDPC码的ー些编码比特(对应校验矩阵的列)的集合。具有M个可反转子集的QC-LDPC的编码比特集合V包含M个可反转子集{V°，V1，…，Vm^1I。校验矩阵的第j列对应的编码比特标记为Vj,属于可反转子集Vx,其中x=mod (j,M)。
[0027](2)设QC-LDPC子矩阵维数为L，M为L的正整数因子，QC-LDPC的校验矩阵的基矩阵为Hb (朱磊基，汪涵，施玉松，邢涛，王营冠.QC-LDPC码基矩阵构造方法[J].现代电子技术，2012，35 (5):68 — 70)。设Hb是ー个mb行nb列的矩阵，具有M个可反转子集的QC-LDPC 码的基矩阵 Hb 满足:对于 i=0，I,…，mb-l，r=0，I, -, M-l, card(Ji；r)为偶数。其中，Ji,r={j Iaij≥0且mocKaij, M) =r}。a"表示Hb中位于第i行第j列的元素。Card(JiJ)表示集合的基数，即集合中包含的元素的个数。[0028](3)每个可反转子集的编码比特集合中有ー个比特是相位比特，相位比特在编码时固定为0，如果反转了ー个可反转子集，其对应的相位比特变成I。
[0029]由于NS-QCLDPC码对应的校验矩阵的基矩阵Hb (mb X nb)满足:对于i=0，1，…，mb-l，r=0，I, - ,M-l, card (Ji； r)为偶数，所以，NS-QCLDPC码具有如下独特的性质:对任意码字，同时反转一个或多个可反转子集对应的所有比特，形成的新码字仍然是该NS-QCLDPC码的ー个合法码字。所述反转是指将比特0变为比特1，或者将比特I变为比特O。
[0030]因为每个可反转子集中有ー个比特是相位比特，且在编码时固定为0，所以相位比特可以用于指示NS-QCLDPC码中对应的可反转子集是否发生了反转。如果对NS-QCLDPC码中的某个可反转子集进行了反转操作，则其对应的相位比特变为I ;如果没有对NS-LDPC码中的某个可反转子集进行反转操作，则对应的相位比特仍为O。在接收端可以利用解码得到的相位比特判断其对应的可反转子集是否发生了反转，从而正确恢复信息比持。
[0031]如图2所示，本发明提出将NS-QCLDPC用于降低多载波通信系统PAPR的方法包括下述过程:
[0032](I) NS-QCLDPC 编码步骤:
[0033]根据预先设定的M值，构造NS-QCLDPC码的基矩阵Hb，满足:对于i=0，I,…,mb-l, r=0, I, M-l, card(Ji；r)为偶数。依据构造得到的mb行nb列的基矩阵Hb得到mbXL行IibXL列的校验矩阵H。校验矩阵H的每一列对应ー个编码比持。设编码比特集合为V，其中编码比特集合V包含M个可反转子集{V0，V1，…，V.1}。校验矩阵的第j (0≤j〈nbL)列对应的编码比特标记为属于可反转子集Vx，其中x=mod (j，M)。每个可反转子集中的相位比特在编码时均固定为0，称此时的码字为原始码字；所述M为子矩阵维数L的正整数因子；
[0034](2)生成相位矢量步骤:
[0035]每个可反转子集是否反转称之为相位。产生ー个相位矢量作为当前相位矢量。相位矢量中的元素(即相位比特)0表示对应的可反转子集不反转,相位矢量中的元素(即相位比特)I表示对应的可反转子集反转；
[0036]通过改变相位矢量中的一个或多个相位比特值，总共可以产生2*^^不同的相位矢量。
[0037](3)反转操作步骤:
[0038]依据当前相位矢量分别对NS-QCLDPC码中每个可反转子集独立地进行反转操作，称经过反转操作的码字为变化码字。显然，对二进制QC-LDPC码，反转操作等效于将可反转子集中的比特与该子集对应的相位比特进行异或。
[0039](4)多载波调制步骤:
[0040]依次对得到的当前的变化码字进行符号映射、子载波映射、多载波复用，这样得到了一个多载波信号；
[0041](5)计算当前相位矢量下多载波信号的PAPR值并记录；
[0042](6)改变相位矢量，重复(3)、(4)、(5)；
[0043](7)比较所记录的多种相位矢量下多载波信号的PAPR值，最多2M种。选择使多载波信号PAPR最小的相位矢量作为最优相位矢量，并称最优相位矢量下对应的变化码字为发送码字；发送码字经过符号映射、子载波映射、多载波复用后最終经过天线发送出去。[0044]【实例】
[0045]本特定实施例是ー个有1152个子载波的多载波系统，其中符号映射方式采用BPSK映射方式，即将比特0映射为符号+1，将比特I映射为符号-1。这个系统每个多载波符号可传输1152个编码比特。每个多载波符号的时域信号由这个1152个子载波上的BPSK信号叠加得到，具有很高的PAPR。
[0046]实施例中发射端采用ー个码长为1152的NS-QCLDPC码，其子矩阵维数为48，显然发送ー个该码码字需要1152个BPSK符号。该码包含M=6个可反转子集WV1，…，V5，它们对应的相位比特节点记为b°，b1，…，b5。每个可反转子集包含192个编码比持。
[0047](I)构造具有6个可反转子集的NS-QCLDPC码的基矩阵，依据基矩阵得到校验矩阵，校验矩阵的每一列对应ー个编码比持。设编码比特集合为V，其中编码比特集合V包含6个可反转子集{V°，V1，…，V5}。校验矩阵的第j (0≤j<1152)列对应的编码比特标记为Vp属于可反转子集Vx，其中x=mod (j，6)。
[0048]相位初始化步骤:
[0049](2)姆个可反转子集是否反转称之为相位,相位为0表示不反转,相位为I表示反转。由于实施例中NS-QCLDPC码中包含6个可反转子集，故需要6个相位。
[0050]每个可反转子集是否反转称之为相位。产生ー个相位矢量作为当前相位矢量。相位矢量中的元素(即相位比特)0表示对应的可反转子集不反转,相位矢量中的元素(即相位比特)I表示对应的可反转子集反转；
[0051]通过改变相位矢量中的一个或多个相位比特值，总共可以产生26=64种不同的相位矢量。
[0052](3)依据当前相位矢量分别对NS-QCLDPC码中可反转子集V°，V1，--?，V5独立地进行反转操作，称经过反转操作的码字为变化码字。显然，对二进制QC-LDPC码，反转操作等效于将可反转子集中的比特与该子集对应的相位比特进行异或。
[0053](4)依次对得到的当前的变化码字进行符号映射、子载波映射、多载波复用，这样得到了一个多载波信号；
[0054](5)计算当前相位矢量下多载波信号的PAPR值并记录。
[0055](6)改变相位矢量，重复(3)、(4)、(5)；
[0056](7)比较所记录的多种相位组合下多载波信号的PAPR值，最多64种。选择使多载波信号PAPR最小的相位矢量作为最优相位矢量，并称最优相位矢量下对应的变化码字为发送码字。发送码字经过符号映射、子载波映射、多载波复用后最終经过天线发送出去。
[0057]以上所述仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种降低多载波通信信号PAPR的方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)NS-QCLDPC 编码: 根据预先设定的M值，构造NS-QCLDPC码的基矩阵Hb，满足:对于i=0，I,…，mb-l, r=0, I,…，M-l, card(Ji；r)为偶数，其中，JiJ= {j Iaij ≥ O Jimod(aip M) =r} ,a^ 表示 Hb中位于第i行第j列的元素，card (U表示集合Ju的基数，即集合中包含的元素的个数； 依据构造得到的mb行nb列的基矩阵Hb得到mbXL行、nbXL列的校验矩阵H，其中，校验矩阵H的每一列对应ー个编码比持，设编码比特集合为V，所述V包含M个可反转子集{V0, V1，…，VM_i}，校验矩阵的第j列对应的编码比特标记为 '，属于可反转子集vx，其中，0≤j<nbL, x=mod (j, M)，M为子矩阵维数L的正整数因子； (2)生成相位矢量: 产生ー个相位矢量作为当前相位矢量,相位矢量中的元素(即相位比特)0表示对应的可反转子集不反转，相位矢量中的元素(即相位比特)I表示对应的可反转子集反转； (3)反转操作: 依据当前相位矢量分别对NS-QCLDPC码中每个可反转子集独立地进行反转操作，称经过反转操作的码字为变化码字； (4)多载波调制: 依次对得到的当前的变化码字进行符号映射、子载波映射、多载波复用，得到一个多载波信号； (5)计算当前相位矢量下该多载波信号的PAPR值并记录； (6)改变相位矢量，重复步骤(3)、(4)、(5)； (7)比较所记录的多种相位矢量下多载波信号的PAPR值，选择使多载波信号PAPR最小的相位矢量作为最优相位矢量，并称最优相位矢量下对应的变化码字为发送码字；将发送码字进行符号映射、子载波映射、多载波复用后最終经过天线发送出去。
2.根据权利要求1所述的降低多载波通信信号PAPR的方法，其中，所述NS-QCLDPC码是ー种具有M个可反转子集的QC-LDPC码，且这些可反转子集之间没有交集，其中M≥I。
3.根据权利要求2所述的降低多载波通信信号PAPR的方法，其中，所述可反转子集定义为QC-LDPC码的ー些编码比特的集合，并且每个可反转子集的编码比特集合中有ー个比特是相位比特，相位比特在编码时固定为0，如果反转了ー个可反转子集，其对应的相位比特变成I。
4.根据权利要求3所述的降低多载波通信信号PAPR的方法，其中，所有可反转子集的相位比特组成所述相位矢量。
【文档编号】H04L27/26GK103595681SQ201310532369
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】屈代明, 舒思, 江涛 申请人:华中科技大学