CN102404270B

CN102404270B - 一种多载波里德穆勒papr编码方法及系统

Info

Publication number: CN102404270B
Application number: CN201110368769.5A
Authority: CN
Inventors: 侯嘉; 薛世春; 吕岗
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Yangzhou Zhiquan Intelligent Robot Technology Co ltd
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: CN102404270A

Abstract

本发明公开了一种多载波里德穆勒PAPR编码方法及系统。该方法包括：确定源符号序列的长度为第一长度；确定每个源符号序列对应的待编码序列，该待编码序列为由源符号序列和预设陪集映射序列构成的N位的码字序列；对每个待编码序列进行里德穆勒RM编码，并将编码结果作为待筛选序列；计算每个待筛选序列的峰均值比PAPR；将低于预设峰均值比阈值的PAPR对应的待筛选序列作为初始优良码字，以生成M个长度为N的初始优良码字；对M个长度为N的初始优良码字排序；对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字。通过利用本方案，可以获得较多符合峰均值比需求的有效优良码字。

Description

一种多载波里德穆勒PAPR编码方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种多载波里德穆勒PAPR编码方法及系统。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)，是一种多载波调制技术，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。正交信号可以通过接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。

在OFDM系统中，由于多个子载波信号相互叠加，会出现多个峰值同时出现的情况，使得合成信号会产生较大的峰值功率，进而产生较高的PAPR(Peak toAverage Power Ratio，峰值平均功率比)。由于一般的功率放大器的功率放大范围都是有限的，所以PAPR较大的OFDM信号极易进入功率放大器的非线性区域，导致信号产生非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，严重影响整个系统性能。因此，对于较高的PAPR而言，必须采用具有大动态范围的线性高功率放大器，以保证输出信号的线性放大，但是，这样增加了系统的造价和实现难度。

因此，如何获得具有较低PAPR的码字序列是一个值得关注的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多载波里德穆勒PAPR编码方法及系统，以获得具有较低PAPR的码字序列，技术方案如下：

一种多载波里德穆勒PAPR编码方法，该方法适用于具有N个子载波的OFDM系统，所述方法包括：

确定源符号序列的长度为第一长度，所述源符号序列为待传输的信号序列，所述第一长度为小于N的数值；

确定每个源符号序列对应的待编码序列，所述待编码序列为由第一长度的源符号序列和预设的陪集映射序列构成的N位的码字序列，所述陪集映射序列为奇偶校验字序列；

对所述每个待编码序列进行里德穆勒RM编码，并将编码结果作为待筛选序列；

计算每个待筛选序列对应的峰均值比PAPR；

将低于预设峰均值比阈值的PAPR对应的待筛选序列作为初始优良码字，进而生成M个长度为N的初始优良码字；

对所述M个长度为N的初始优良码字排序；

对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字。

其中，所述计算每个待传输序列对应的峰均值比PAPR所利用的公式为：

PAPR = 10 \log \frac{\max_{0 \leq n \leq N - 1} {{| x_{n} |}^{2}}}{E {{| x_{n} |}^{2}}}

其中，PAPR为峰均值比，x_n为待筛选序列，N为子载波数，max{·}为取最大值，E{·}表示计算数学期望。

其中，对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字，具体为：

确定一位的二进制序列；

提取排序后的初始优良码字中的第P个初始优良码字作为待标准化码字，所述P为所确定的二进制序列中低位对应的数据值；

将所述待标准化码字从左到右循环移位q次，所述q为所确定二进制序列中的低位紧邻的位对应的数据值；

判断所确定的二进制序列的最高位是否为1，如果是，则将循环移位后的待标准化码字进行翻转，并将翻转后的结果作为有效优良码字；

否则，将循环移位后的待标准化码字作为有效优良码字。

其中，所述将循环移位后的待标准化码字进行翻转，具体为：

将循环移位后的待标准化码字的各位进行由0到1或1到0的翻转。

相应的，本发明实施例还提供一种多载波里德穆勒PAPR编码系统，该系统适用于具有N个子载波的OFDM系统，所述系统包括：

长度确定模块，用于确定源符号序列的长度为第一长度，所述源符号序列为待传输的信号序列，所述第一长度为小于N的数值；

待编码序列确定模块，用于确定每个源符号序列对应的待编码序列，所述待编码序列为由第一长度的源符号序列和预设的陪集映射序列构成的N位的码字序列，所述陪集映射序列为奇偶校验字序列；

待筛选序列确定模块，用于对所述每个待编码序列进行里德穆勒RM编码，并将编码结果作为待筛选序列；

峰均值比确定模块，用于计算每个待筛选序列对应的峰均值比PAPR；

初始优良码字确定模块，用于将低于预设峰均值比阈值的PAPR对应的待筛选序列作为初始优良码字，进而生成M个长度为N的初始优良码字；

排序模块，用于对所述M个长度为N的初始优良码字排序；

有效优良码字确定模块，用于对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字。

其中，所述有效优良码字确定模块，具体用于：

确定一位的二进制序列；

否则，将循环移位后的待标准化码字作为有效优良码字。

本发明实施例所提供的技术方案中，首先对由源符号序列和陪集映射序列构成的待编码序列进行RM编码，形成待筛选序列，并将峰均值比低于预设阈值的待筛选序列作为初始优良码字，然后对所确定的初始优良码字进行标准化编码，进而形成有效优良码字。本方案中，通过对待筛选序列中的多个初始优良码字的标准化编码，可以获得较多符合峰均值比需求的有效优良码字。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种多载波里德穆勒PAPR编码方法的第一种流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种多载波里德穆勒PAPR编码方法的第二种流程图；

图3为本发明实施例所提供的一种多载波里德穆勒PAPR编码系统的结构示意图。

具体实施方式

为了获得较低的PAPR，避免由于较高PAPR的OFDM信号进入功率放大器导致信号产生非线性失真，进而保证OFDM系统的性能，本发明实施例提供了一种多载波里德穆勒PAPR编码方法及系统。

下面首先对本发明所提供的一种多载波里德穆勒PAPR编码方法进行介绍。

计算每个待筛选序列对应的峰均值比PAPR；

对所述M个长度为N的初始优良码字排序；

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

可以理解的是，如果OFDM系统中所传送的码字序列能够具有较低的PAPR，那么对OFDM系统的各器件和传输性能都是有益的。因此，需要进行特定的编码处理，使得长度一定的二进制序列，不仅反映所传送信息，同时还可以达到较低的PAPR值。利用本发明实施例所提供的方案，可以达到上述的目的。

下面以具有N个子载波的OFDM系统为例，对本发明所提供的方案进行详细介绍。

如图1所示，一种多载波里德穆勒PAPR编码方法，可以包括：

S101，确定源符号序列的长度为第一长度；

其中，所述源符号序列为待传输的信号序列，所述第一长度为小于该系统中子载波数N的数值。例如：子载波数N＝8，则源符号序列的长度可以为小于8的数值。

可以理解的是，当确定源符号序列的长度后，可以选择的源符号序列的总个数也就确定了。例如：当源符号序列的长度为5，则可以选择的源符号序列的总个数为2⁵，即32个。

S102，确定每个源符号序列对应的待编码序列；

其中，所述待编码序列为由第一长度的源符号序列和预设的陪集映射序列构成的N位的码字序列，所述陪集映射序列为奇偶校验字序列。

需要说明的是，如果源符号序列直接用RM生成码，大部分编码结果可以具有低PAPR，但是减低的值不多，而且一部分源符号序列的PAPR并没有在编码后降低，所以在对源符号序列进行RM编码之前，对源符号序列进行预处理，也就是，为多个源符号序列确定统一的陪集映射序列，将两个序列一起构成待编码序列，然后进行后续的RM编码，以保证编码结果对应的PAPR较低。

例如：对于子载波数为8而言，当源符号序列的长度为5时，需要3位奇偶校验字序列作为陪集映射序列，且具备1的个数为2，0的个数为1，因此，陪集映射序列可以选择“011”“101”“110”中的任意一个作为32个源符号序列对应的陪集映射序列。

S103，对每个待编码序列进行里德穆勒RM编码，并将编码结果作为待筛选序列；

对所确定的所有的待编码序列分别进行里德穆勒编码，并将编码结果作为待筛选序列。

S104，计算每个待筛选序列对应的峰均值比PAPR；

所述计算每个待传输序列对应的峰均值比PAPR所利用的公式可以为：

PAPR = 10 \log \frac{\max_{0 \leq n \leq N - 1} {{| x_{n} |}^{2}}}{E {{| x_{n} |}^{2}}}

S105，将低于预设峰均值比阈值的PAPR对应的待筛选序列作为初始优良码字，进而生成M个长度为N的初始优良码字。

其中，根据OFDM系统中所允许的峰均值范围，预先设置峰均值比阈值。并将每个待传输序列的峰均值比与预设的峰均值比阈值进行比较，将低于该峰均值比阈值的待筛选序列作为初始优良码字。

S106，对所述M个长度为N的初始优良码字排序；

S107，对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字。

由于在实际应用中，需要大量的码字序列表征不同的信息，因此，需要在所确定的初始优良码字的基础上，生成更多的满足较低PAPR需求的优良码字。

其中，对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字，如图2所示，具体可以为：

S201，确定一位的二进制序列；

S202，提取排序后的初始优良码字中的第P个初始优良码字作为待标准化码字，所述P为所确定的二进制序列中低位对应的数据值；

S203，将所述待标准化码字从左到右循环移位q次，所述q为所确定二进制序列中的低位紧邻的位对应的数据值；

S204判断所确定的二进制序列的最高位是否为1，如果是，则执行S205；否则，执行S206；

S205，将循环移位后的待标准化码字进行翻转，并将翻转后的结果作为有效优良码字；

其中，将循环移位后的待标准化码字进行翻转，具体为：

例如：对于码字序列11001100而言，其对应的翻转结果为：00110011。

S206，将循环移位后的待标准化码字作为有效优良码字。

本实施例中，由于位的二进制序列的总量可达个，对于每一个位的二进制序列而言，其都对应一个待标准化码字，最终确定出该待标准化码字对应的有效优良码字，因此对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理后，可以形成个长度为N的有效优良码字。并且，由于移位、翻转这样的线性变化，标准化编码确定的有效优良码字的PAPR并未发生变化，从而保证了所有码字的低PAPR性能。

可以理解的是，对初始优良码字进行排序可以存在多种排序结果，不同的排序结果所带来的有效优良码字存在区别。也就是，一种排序结果，对应一组有效优良码字。

本发明实施例所提供的技术方案中，首先将源符号序列与相应的陪集映射序列进行组合，构成待编码序列，将待编码序列进行RM编码，相对于直接对源符号序列进行RM编码，可以有效降低编码结果对应的待筛选序列的PAPR值，因此，可以提取出较多的低于峰均值比阈值的待筛选序列，从而生成较多的优良码字；进一步的，对所确定的初始优良码字进行标准化编码，可生成更多符合峰均值比要求的码字序列。

下面结合一个具体的实施例对本发明所提供的方法进行详细介绍。

假设OFDM系统具有8个子载波，源符号序列的长度为5，源符号序列对应的陪集映射序列为011，且峰均值比阈值为3.01dB。

将每个源符号序列与陪集映射序列构成8位的待编码序列，将构成32个待编码序列；对每个待编码序列进行RM编码，生成32个待筛选序列。根据峰均值比公式计算每个待筛选序列对应的PAPR，并将PAPR值小于3.01dB的待筛选序列作为初始优良码字。

假设在32个待筛选序列中，低于峰均值比阈值的优良码字为10个，如表1所示。

NO.	初始优良码字	NO.	初始优良码字
				0	00000011	5	10010011
1	00001011	6	10111011
				2	11001011	7	11101011
3	01111011	8	00011011
				4	10001011	9	00101011

表1

可见，32个待筛选序列中所确定出的优良码字为10个，编码使用效率不够理想，所以需要进行后续的标准化编码处理，以确定出更多的优良码字。

在表1所述的初始优良码字的基础上，利用标准化编码规则，进行优良码字的扩展：

本实施例中，M＝10，N＝8，log₂2MN表示160种码字传递大约log₂2MN位二进制信息，由于log₂2MN要取整，所以，可以选择向下取整的方式，即也就是，7位二进制序列可以用128种码字序列表示。

下面以一种7位二进制序列对应产生一个有效优良码字为例进行说明。

假设当前所选定的7位二进制序列为1010101。

由于所以所选定的7位二进制信息中低3位为“101”，其对应的十进制数据值为5，因此，提取表1中第5个初始优良码字“10010011”作为待标准化码字。

对于待标准化码字“10010011”的编码过程可以为：

循环移位处理：由于当前所选定的7位二进制序列为1010101的低位紧邻的位“010”对应的十进制数据值为2，因此将待标准化码字从左到右循环移位2次，循环移位结果为“01001110”；

翻转处理：由于当前所选定的7位二进制序列为1010101的最高位为1，因此对循环移位处理的待标准化码字“01001110”进行翻转，最终形成有效优良码字为“10110001”。

由于最后输出的有效优良码字“10110001”的长度为8，而当前所选定的二进制序列1010101为7位，编码效率可以达到7/8，并且整个编码计算中没有乘法，只是选取、移位和翻转，使得硬件成本较低。

本实施例中，通过移位翻转，可以将原来的10个N＝8的初始优良码字变为128个有效优良码字。并且，由于移位、翻转这样的线性变化，标准化编码确定的有效优良码字的PAPR并未发生变化，从而保证了所有码字的低PAPR性能。

通过以上的方法实施例的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供一种多载波里德穆勒PAPR编码系统，该系统适用于具有N个子载波的OFDM系统，如图3所示，所述系统可以包括：

长度确定模块110，用于确定源符号序列的长度为第一长度，所述源符号序列为待传输的信号序列，所述第一长度为小于N的数值；

待编码序列确定模块120，用于确定每个源符号序列对应的待编码序列，所述待编码序列为由第一长度的源符号序列和预设的陪集映射序列构成的N位的码字序列，所述陪集映射序列为奇偶校验字序列；

待筛选序列确定模块130，用于对所述每个待编码序列进行里德穆勒RM编码，并将编码结果作为待筛选序列；

峰均值比确定模块140，用于计算每个待筛选序列对应的峰均值比PAPR；

初始优良码字确定模块150，用于将低于预设峰均值比阈值的PAPR对应的待筛选序列作为初始优良码字，进而生成M个长度为N的初始优良码字；

排序模块160，用于对所述M个长度为N的初始优良码字排序；

有效优良码字确定模块170，用于对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字。

其中，所述有效优良码字确定模块170具体用于：

确定一位的二进制序列；

否则，将循环移位后的待标准化码字作为有效优良码字。

对于装置或系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置或系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，所述单元或子单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个子单元结合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，所描述系统，装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本申请的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种多载波里德穆勒PAPR编码方法，其特征在于，该方法适用于具有N个子载波的OFDM系统，所述方法包括：

计算每个待筛选序列对应的峰均值比PAPR；

对所述M个长度为N的初始优良码字排序；

对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字；

所述表示向下取整；

所述对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字，具体为：

确定一位的二进制序列；

否则，将循环移位后的待标准化码字作为有效优良码字。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算每个待传输序列对应的峰均值比PAPR所利用的公式为：

PAPR = 10 \log \frac{\max_{0 \leq n \leq N - 1} {{| x_{n} |}^{2}}}{E {| {x_{n} |}^{2}}}

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将循环移位后的待标准化码字进行翻转，具体为：

4.一种多载波里德穆勒PAPR编码系统，其特征在于，该系统适用于具有N个子载波的OFDM系统，所述系统包括：

排序模块，用于对所述M个长度为N的初始优良码字排序；

有效优良码字确定模块，用于对排序后的初始优良码字进行标准化编码处理，以形成个长度为N的有效优良码字；

所述表示向下取整；

所述有效优良码字确定模块，具体用于：

确定一位的二进制序列；

否则，将循环移位后的待标准化码字作为有效优良码字。