一种基于极化码编码的可见光通信PAPR抑制方法

本发明属于无线光通信，具体涉及一种基于极化码编码的可见光通信papr抑制方法。

背景技术：

1、可见光通信(visible light communication,vlc)在近些年快速兴起，在当今已经备受关注。得益于发光二极管的快速发展，可见光通信只需在现有led照明灯具的基础上增加相关通信系统，具有低功耗、低成本、耐用度高的特性。在军事和民用方面有着良好的应用前景。已有技术将正交频分复用ofdm技术引入到无线光通信系统中，以抑制码间干扰对系统的影响，提高系统的信息传输速率。

2、较高的papr一直是ofdm系统所要克服的关键问题之一。在vlc系统中，对于多载波调制的ofdm信号，如果不同的子载波的相位相同或者相近，那么叠加产生的ofdm信号就会出现较大的峰值功率，达到单载波调制的数倍，采用的子载波越多，多载波ofdm调制的papr即越高，而较高的papr会使得vlc系统更容易受到非线性失真的影响，大大降低系统的可靠性。因此，针对papr抑制技术的研究显得尤为重要。目前，抑制ofdm信号的papr主要有三类方法：限幅类、概率类和编码类。

3、由于编码类方法是对信号处理的线性过程，相比于限幅类方法的非线性处理过程不会产生信号的失真，相对于概率类方法，其操作性更强，更加简便。基于编码类方法，本方法利用极化码编码原理的ga算法对输入信号进行长度为n，信息位为k的极化码信道编码，在某一确定码率r和信干比sinr(signal to interference plus noise ratio)下，在k个信息位中选取v个papr控制比特的不同组合，选取生成2v种编码方式对应的2v个ofdm信号，并相应计算其papr，选取所有生成ofdm信号中对应papr最小的控制比特编码方式作为极化码码字的实际传输方式。能够有效缓解ofdm信号的高papr问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，一种基于极化码编码的可见光通信papr抑制方法，本方法在传统的极化码高斯近似构造(ga)算法中引入v个papr控制比特，结合室内vlc系统给定的信干比和传码码率，能确定在该条件下的最优极化码编码方式，从而在一定程度上降低ofdm信号的papr。

2、本发明提供一种基于极化码编码的可见光通信papr抑制方法，包括如下步骤：

3、进一步的，步骤s1中、根据高斯近似构造(ga)算法，设考虑码字为n(n＝2θ,θ＝1,2,3...)，信息位为k，码率为的极化码编码方式,初始化蒙特卡洛仿真次数计数器计数值j＝1，计算信道极化，即信道合并再分裂后的n个子信道中子信道i的对数似然比llrin期望即en(i)(llrn(i))(i＝1,2,...n)，并在n个llr期望中选取前k个最大的子信道作为信息传输子信道集合，在k个子信道中选取v个作为传输papr控制比特的子信道，则剩余k-v个子信道用于实际数据传输，初始化蒙特卡洛仿真次数j＝1。其中对数似然比的期望对于奇数和偶数子信道其计算方法如下：

4、

5、进一步的，考虑到信道极化后近似无噪信道对应的极化码编码位置是确定的，也即k-v个数据比特和v个papr控制比特在n个码字比特中的整体位置是固定的，当码字n足够大时，部分极化后的信道近似无噪，极化码信息位置索引，由极化后近似无噪的信道索引决定。基于蒙特卡洛思想，对于极化码码字的k个非冻结信息位随机产生k个0-1比特值。

6、进一步的，对第i(1≤i≤k)个比特ui，分别置0置1，然后产生ofdm时域信号，计算第i(1≤i≤k)个比特为0时，ofdm时域信号si的papr：计算i(1≤i≤k)个比特为1时，ofdm时域信号si的papr：计算该值越大说明该比特对papr影响越大。

7、进一步的，计算得到第i码位第j次蒙特卡洛仿真的papr控制比后，此时将蒙特卡洛仿真次数计数器j加1，重新回到步骤s2，继续得到假设j≤j,其中j为总的蒙特卡洛仿真次数，当j等于j时停止仿真。

8、进一步的，计算极化码第i码位对ofdm信号的papr控制能力bi(i＝1,2,3...k)，将第i码位第j次蒙特卡洛仿真的papr控制比对所有仿真次数j取平均值即对bi(1≤i≤k)进行排序，记录最大的v个值所在的位置为papr控制比特所在位置，其他k-v位便是数据比特位置。

9、进一步的，针对每个sinr都进行步骤1到4，得到各sinr下最优的papr控制比特索引，并保存记录下来。

10、进一步的，对于室内led光信源，每次发数据前首先发送探测帧，计算各用户sinr，根据计算得到sinr对应找出k个极化码信息码字的最优v个控制比特作为该码字的papr控制位置。

11、进一步的，将数据放到数据比特索引上，papr控制比特索引上的值有2v种可能，于是产生2v种ofdm时域信号，计算可得到2v个papr值，选择事先计算好的最小papr对应的控制比特位置编码并传输实际信息。

技术特征：

1.一种基于极化码编码的可见光通信papr抑制方法，其特征在于，包括如下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种基于极化码编码的可见光通信papr抑制方法，其特征在于，执行步骤s1时，具体执行以下内容：

3.根据权利要求1所述的一种基于极化码编码的可见光通信papr抑制方法，其特征在于，执行步骤s3时，具体执行以下内容：

4.根据权利要求1所述的一种基于极化码编码的可见光通信papr抑制方法，其特征在于，执行步骤s5时，具体执行以下内容：

5.根据权利要求1所述的一种基于极化码编码的可见光通信papr抑制方法，其特征在于，执行步骤s8时，具体执行以下内容：

技术总结
本发明提供一种基于极化码编码的可见光通信PAPR抑制方法，在室内可见光通信AWGN信道中，利用极化码GA算法对输入信号进行长度为N，信息位为K的极化码信道编码，首先计算信道分裂后，分裂信道i对应LLR<supgt;i</supgt;<subgt;N</subgt;(Log‑Likelihood Ratio)的期望E<subgt;N</subgt;<supgt;(i)</supgt;(LLR<subgt;N</subgt;<supgt;(i)</supgt;)(i＝1,2,...N)，并从中选取前K个期望最大的近似无噪信道用于传输K位信息，随后为抑制现有OFDM多载波调制中的高PAPR问题，利用蒙特卡洛仿真在K位信息中选取V个PAPR控制比特，剩余K‑V位作为数据传输比特，在实际传输中不同的极化码码率R和信干比SINR的条件下，然后针对V个PAPR控制比特，计算2<supgt;V</supgt;种编码方式生成的2<supgt;V</supgt;个OFDM信号的PAPR。经过实际仿真可得，本方法能够在保持误码率BER和误块率BLER基本不变的情况下，能在一定程度上降低OFDM系统的高PAPR。

技术研发人员：洪文昕,宋元盟
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15