預(yù)編碼及其解碼的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及光通訊領(lǐng)域，公開了一種預(yù)編碼及其解碼的方法。首先采用正交幅度調(diào)制QAM將原始信號(hào)調(diào)制成原始符號(hào)分組X，然后采用預(yù)編碼矩陣P對(duì)X進(jìn)行預(yù)編碼處理，得到預(yù)編碼符號(hào)分組Y，最后通過(guò)正交頻分多路復(fù)用調(diào)制OFDM將Y調(diào)制為預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)，其中，P中的元素pm,n為正值函數(shù)Pn（t）中的快速傅里葉逆變換的系數(shù)，Pn（t）為在給定時(shí)間間隔[0,T)內(nèi)具有循環(huán)移位特性的一組子函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使系統(tǒng)不會(huì)在同一時(shí)隙內(nèi)出現(xiàn)峰值疊加的情況，預(yù)編碼冗余可以包含在系統(tǒng)本身的OFDM信號(hào)中，實(shí)際是占用了發(fā)射端部分?jǐn)?shù)據(jù)資源以換取更低的峰均比，另外，由于無(wú)需增加額外的保護(hù)時(shí)間間隔，系統(tǒng)接收端的處理更易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】預(yù)編碼及其解碼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通訊領(lǐng)域，特別涉及預(yù)編碼及其解碼的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分多路復(fù)用)技術(shù)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(yīng)用于光接入網(wǎng)系統(tǒng)中，如可見光通信系統(tǒng)(VLC:Visible Light Communication)、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(PON:PassiveOPtical Network)、光載無(wú)線通信系統(tǒng)(RoF:Radio Over Fiber)以及超寬帶通信系統(tǒng)(UWB:Ultra-Wide Bandwidth)中。然而 OFDM 信號(hào)的高 PAPR(Peak to Average PowerRatio，峰值平均功率比)成為了限制其應(yīng)用的主要瓶頸之一。因?yàn)楦逷APR將不僅導(dǎo)致線性功率放大器性能的劣化，從而對(duì)系統(tǒng)的整體性能造成直接影響。目前在光OFDM系統(tǒng)中抑制信號(hào)PAPR的主要途徑可分為非線性方式(如限幅濾波、壓擴(kuò)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，并且均能在一定程度上有效控制信號(hào)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但由于直接對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行非線性處理，將引入顯著的帶內(nèi)噪聲；壓擴(kuò)變化則需同時(shí)插入導(dǎo)頻與保護(hù)間隔并在接收端進(jìn)行額外的信道估計(jì)與均衡方能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正確接收；選擇映射與部分序列傳輸兩種方案需要基于概率在多個(gè)候選信號(hào)中反復(fù)進(jìn)行比較選擇，計(jì)算復(fù)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(cè)。與上述幾種方案相比，預(yù)編碼方案無(wú)需引入任何對(duì)信號(hào)的非線性處理，也無(wú)需傳輸任何類型的邊帶信息，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，因而具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]實(shí)際上，預(yù)編碼方案已經(jīng)在無(wú)線多徑衰減信道的OFDM系統(tǒng)中得以應(yīng)用，該方案通過(guò)引入保護(hù)時(shí)間間隔并采用平方根升余弦(SQRC:Square Root Raised Cosine)作為預(yù)編碼函數(shù)，實(shí)現(xiàn)在無(wú)線OFDM系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)PAPR的抑制。
[0004]但是由于現(xiàn)有技術(shù)中的預(yù)編碼方案引入了額外的保護(hù)時(shí)間間隔，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)射端有限的資源被進(jìn)一步浪費(fèi)，使系統(tǒng)接收端的處理不利于實(shí)現(xiàn)，而且，在同一時(shí)隙內(nèi)會(huì)出現(xiàn)若干正值函數(shù)|Pn(t) I峰值疊加的情況，進(jìn)而會(huì)增加整個(gè)體統(tǒng)信號(hào)峰均比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)編碼及其解碼的方法，使得系統(tǒng)不會(huì)在同一時(shí)隙內(nèi)出現(xiàn)峰值疊加的情況，預(yù)編碼冗余可以包含在系統(tǒng)本身的OFDM信號(hào)中，實(shí)際是占用了發(fā)射端部分?jǐn)?shù)據(jù)資源以換取更低的峰均比，另外，由于無(wú)需增加額外的保護(hù)時(shí)間間隔，系統(tǒng)接收端的處理更易于實(shí)現(xiàn)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種預(yù)編碼方法，包含以下步驟:
[0007]采用正交幅度調(diào)制QAM將原始信號(hào)調(diào)制成原始符號(hào)分組X ；
[0008]采用預(yù)編碼矩陣P對(duì)所述X進(jìn)行預(yù)編碼處理，得到預(yù)編碼符號(hào)分組Y ；
[0009]通過(guò)正交頻分多路復(fù)用調(diào)制OFDM將所述Y調(diào)制為預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)；[0010]其中，所述P中的元素Pw為正值函數(shù)Pn (t)中的快速傅里葉逆變換的系數(shù)；
[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(shí)間間隔[0，T)內(nèi)具有循環(huán)移位特性的一組子函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)。
[0012]本發(fā)明還提供了一種預(yù)編碼的解碼方法，包含以下步驟:
[0013]采用OFDM解調(diào)將預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)解調(diào)為預(yù)編碼符號(hào)分組Y ；
[0014]采用解碼矩陣F1對(duì)所述Y進(jìn)行解碼處理，得到原始符號(hào)分組X ；
[0015]通過(guò)QAM解調(diào)將所述X解調(diào)為原始信號(hào)輸出；
[0016]其中，所述F1為預(yù)編碼矩陣P的逆矩陣；所述P中的元素pm，n為正值函數(shù)Pn (t)的指數(shù)形式快速傅里葉逆變換的系數(shù)；
[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(shí)間間隔[0，T)內(nèi)具有循環(huán)移位特性的一組子函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)。
[0018]現(xiàn)有技術(shù)中，為防止符號(hào)間干擾，在相鄰OFDM信號(hào)間增加空余的保護(hù)時(shí)間間隔，因此實(shí)際OFDM信號(hào)的持續(xù)總時(shí)間便增加了，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)射端有限的資源被進(jìn)一步浪費(fèi)，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)接收端的處理難度將會(huì)增加，并且，在現(xiàn)有技術(shù)中，同一時(shí)隙內(nèi)會(huì)出現(xiàn)峰值疊加的情況，峰值疊加會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的峰均比(PAPR)瞬間增大，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有很大的影響；而本發(fā)明中是將預(yù)編碼冗余設(shè)計(jì)在系統(tǒng)本身的OFDM信號(hào)中，實(shí)際上是占用了發(fā)射端的部分?jǐn)?shù)據(jù)資源，由于無(wú)需額外的保護(hù)時(shí)間間隔，系統(tǒng)接收端的處理將更易于實(shí)現(xiàn)，另外，由于本發(fā)明中的預(yù)編碼矩陣P中的元素P1^n為正值函數(shù)Pn (t)中的快速傅里葉逆變換的系數(shù)，而正值函數(shù)Pn (t)為在給定時(shí)間間隔[0，T)內(nèi)具有循環(huán)移位特性的一組子函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)，由于Pn (t)具有循環(huán)移位特性，使得系統(tǒng)不會(huì)在同一時(shí)隙內(nèi)出現(xiàn)峰值疊加的情況，這樣就能夠有效的降低整個(gè)系統(tǒng)的PAPR。
[0019]優(yōu)選地，所述Pn (t)的表達(dá)式為:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)編碼方法，其特征在于，包含以下步驟: 采用正交幅度調(diào)制QAM將原始信號(hào)調(diào)制成原始符號(hào)分組X ； 采用預(yù)編碼矩陣P對(duì)所述X進(jìn)行預(yù)編碼處理，得到預(yù)編碼符號(hào)分組Y ； 通過(guò)正交頻分多路復(fù)用調(diào)制OFDM將所述Y調(diào)制為預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)； 其中，所述P中的元素Pm，n為正值函數(shù)Pn (t)的指數(shù)形式快速傅里葉逆變換的系數(shù)；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(shí)間間隔[0，T)內(nèi)具有循環(huán)移位特性的一組子函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述Pn(t)的表達(dá)式為:

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，在所述采用正交幅度調(diào)制QAM將原始信號(hào)調(diào)制成原始符號(hào)分組X的步驟中，包含以下子步驟: 對(duì)輸入的所述原始信號(hào)進(jìn)行QAM調(diào)制； 對(duì)所述經(jīng)QAM調(diào)制后的原始信號(hào)進(jìn)行串并變換； 通過(guò)子塊分割將所述串并變換后的原始信號(hào)分解為長(zhǎng)度為N的所述X ； 其中，所述X采用列向量的形式表示為=X=KtlX1X2...Xn_Jt ； 所述[.]T表示矩陣轉(zhuǎn)置，所述Xi表示QAM調(diào)制符號(hào)，所述i=0，I, 2…N-1，所述N為所述X的符號(hào)長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，在所述采用預(yù)編碼矩陣P對(duì)所述X進(jìn)行預(yù)編碼處理，得到預(yù)編碼符號(hào)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(hào)長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，所述P定義如下:

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)編碼方法，其特征在于，在所述通過(guò)正交頻分多路復(fù)用調(diào)制OFDM將所述Y調(diào)制為預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)的步驟中，包含以下子步驟: 通過(guò)子塊合并對(duì)所述Y進(jìn)行合并； 對(duì)所述Y進(jìn)行IFFT變換得到預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)x (t)；將所述IFFT變換后的Y進(jìn)行并串變換并增加循環(huán)前綴形成所述預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào); 其中，所述X (t)的表達(dá)式為:
7.一種預(yù)編碼的解碼方法，其特征在于，包含以下步驟: 采用OFDM解調(diào)將預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)解調(diào)為預(yù)編碼符號(hào)分組Y ； 采用解碼矩陣F1對(duì)所述Y進(jìn)行解碼處理，得到原始符號(hào)分組X ； 通過(guò)QAM解調(diào)將所述X解調(diào)為原始信號(hào)輸出； 其中，所述F1為預(yù)編碼矩陣P的逆矩陣；所述P中的元素Pm，n為正值函數(shù)Pn (t)的指數(shù)形式快速傅里葉逆變換的系數(shù)； 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(shí)間間隔[0，T)內(nèi)具有循環(huán)移位特性的一組子函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)編碼的解碼方法，其特征在于，在所述采用OFDM解調(diào)將預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)解調(diào)為預(yù)編碼符號(hào)分組Y的步驟中，包含以下子步驟: 對(duì)接收到的所述預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)進(jìn)行串并變換并去除所述預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)的循環(huán)如綴； 通過(guò)快速傅里葉變換FFT對(duì)所述去除了循環(huán)前綴的預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)進(jìn)行變換； 通過(guò)子塊分割將所述經(jīng)過(guò)FFT變換后的預(yù)編碼QAM-OFDM信號(hào)分解為長(zhǎng)度為L(zhǎng)的所述Y。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)編碼的解碼方法，其特征在于，在所述采用解碼矩陣P—1對(duì)所述Y進(jìn)行解碼處理，得到原始符號(hào)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(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)編碼的解碼方法，其特征在于，在所述通過(guò)QAM解調(diào)將所述X解調(diào)為原始信號(hào)輸出的步驟中，包含以下子步驟: 通過(guò)子塊合并對(duì)所述X進(jìn)行合并； 對(duì)所述合并后的X進(jìn)行并串變換； 通過(guò)QAM解調(diào)將所述并串變換后的所述X解調(diào)成原始信號(hào)輸出。
【文檔編號(hào)】H04L1/00GK103701745SQ201310571091
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】遲楠, 王燕瑾 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)