一种降低空频编码的MIMO-OFDM信号的峰均功率比的方法

摘要

本发明公开了一种降低空频编码的MIMO-OFDM信号的峰均功率比的方法。在发射机端，数据经过编码、交织、调制和Alamouti空频编码，得到一组频率域序列，对其进行分组后，选择适当的参数得到多组候选时间域信号，选择PAPR最小的一组时间域信号进行发送。在接收机端，接收到的信号经过FFT变换，信道估计，空频解码等操作后得到叠加了信道噪声的频率域信号，对其进行硬判决得到无噪声的频率域信号。将这个信号按照所有可能的组合方式恢复，得到一些候选数据，其中只有采用正确的组合方式恢复的数据符合原始调制星座图。本发明能有效地降低MIMO-OFDM信号的峰均功率比，同时不需要发送边带信息，提高了系统的频带利用率，可应用于基于空频编码的MIMO-OFDM技术的各种通信系统。

主权项

1.一种降低空频编码的MIMO-OFDM信号的峰均功率比的方法，设一个空频编码的MIMO-OFDM系统有2个发射天线，每个信源数据包包含N个q进制符号，多序列组合的分组数为M；其中，q等于4或16，N＝2^m，m为正整数，M为大于等于2的正整数，并且N能够整除M，其特征在于，该方法包括下述步骤：（1）发射机将输入的数据经过编码、交织、正交幅度调制和串并转换后得到一个信源数据包，记为X＝[X(0),X(1),…,X(N-1)]，其中X(k),k＝0,1,…,N-1,为q进制符号；（2）发射机对于信源数据包X采用Alamouti空频编码，得到一组空频编码的MIMO-OFDM频域信号Y₁＝[Y₁(0),Y₁(1),…,Y₁(N-1)]和Y₂＝[Y₂(0),Y₂(1),…,Y₂(N-1)]，满足$Y_1\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}X\left(2l\right),& k=2l,\\ -X^{*}(2l+1),& k=2l+1,\end{array}\right.$$Y_2\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}X(2l+1),& k=2l,\\ X^{*}\left(2l\right),& k=2l+1,\end{array}\right.$其中k＝0,1,…,N-1，l＝0,1,…,N/2-1，（3）发射机将频域信号Y₁和Y₂分别分为M个子序列，得到M组分别符合Alamouti空频编码格式的频域块和$Y_2^u=[Y_2^u\left(0\right),Y_2^u\left(1\right),...,Y_2^u(N-1)],$u＝0,1,…,M-1，其中$Y_i^u\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}{Y}_i\left(k\right),& \frac{N}{M}u\le k\le \frac{N}{M}(u+1)-1,\\ 0,& \mathrm{else},\end{array}\right.i=\mathrm{1,2}$对每个子序列分别进行反傅利叶变换得到相应的时间域信号$y_i^u=[y_1^u\left(0\right),y_1^u\left(1\right),...,y_1^u(N-1)],$i＝1,2，u＝0,1,…,M-1，从而得到M组分别符合Alamouti空频编码特性的时域块；（4）发射机确定参数取值集合F＝{(a_v,b_v,c_v)|v＝0,1,…,Q}，其中$(a_v,b_v,c_v)=\left\{\begin{array}{cc}\left(\mathrm{1,0,1}\right),& v=0,\\ (v,\frac{Q}{2}-v,1),& 1\le v\le \frac{Q}{2},\\ (v-\frac{Q}{2},Q-v,2),& \frac{Q}{2}+1\le v\le Q,\end{array}\right.$并且对于4-QAM调制Q＝4，对于16-QAM调制Q＝8；对于每组时间域信号i＝1,2，选择一组参数(a^u,b^u,c^u)∈F，得到一组候选时间域发射信号y₁＝[y₁(0)，y₁(1)，…，y₁(N-1)]和y₂＝[y₂(0),y₂(1),…,y₂(N-1)]，$y_1=\underset{u=0}{\overset{M-1}{\Sigma }}{a}^u{\left(y_1^u\right)}^{c^u}+b^u{y}_2^u,$$y_2=\underset{u=0}{\overset{M-1}{\Sigma }}{a}^u{\left(y_2^u\right)}^{c^u}-b^u{y}_1^u,$其中，当c^u＝1时，${\left(y_i^u\right)}^{c^u}=\mathrm{IFFT}\left[Y_i^u\right]=y_i^u,$当c^u＝2时，${\left(y_i^u\right)}^{c^u}=\mathrm{IFFT}\left[{\left(Y_i^u\right)}^{*}\right]=[y_i^u\left(0\right),y_i^u(N-1),y_i^u(N-2),...,y_i^u\left(1\right)],$其中表示对的共轭作反傅利叶变换，计算其对应的峰均功率比的值：$\mathrm{PAPR}=\underset{i=\mathrm{1,2}}{\max }\left\{\frac{\underset{k=\mathrm{0,1},...,N-1}{\max }{\left|y_i\left(k\right)\right|}^2}{\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{\left|y_i\left(k\right)\right|}^2}\right\}$（5）发射机将得到的PAPR最小的一组候选时间域发射信号经过并串转换后分别通过对应的发射天线送入信道；（6）接收机接收到信道输出的信号，首先对此信号进行串并转换，然后对该信号进行快速傅里叶变换，通过信道估计、空频解码处理后，得到频率域信号$\tilde{Z}=[{\tilde{Z}}_0,{\tilde{Z}}_1,...,{\tilde{Z}}_{N-1}],$（7）接收机对于叠加了信道噪声的频率域信号按照q²-QAM星座图进行硬判决解调，得到对应的无噪声的频率域信号Z＝[Z₀,Z₁,…,Z_N-1]；（8）接收机对于得到的无噪声的频率域信号Z，按照参数集合F恢复原始调制符号，对于每对符号得到$\left\{\begin{array}{c}{D}_{2l}\left(v\right)=Z_{2l},\\ D_{2l+1}\left(v\right)=Z_{2l+1},\end{array}\right.v=0,$$\left\{\begin{array}{c}{D}_{2l}\left(v\right)=\frac{a^v{Z}_{2l}-b^v{Z}_{2l+1}}{{\left(a^v\right)}^2+{\left(b^v\right)}^2},\\ D_{2l+1}\left(v\right)=\frac{b^v{Z}_{2l}+a^v{Z}_{2l+1}}{{\left(a^v\right)}^2+{\left(b^v\right)}^2},\end{array}\right.1\le v\le \frac{Q}{2},$$\left\{\begin{array}{c}{D}_{2l}\left(v\right)=\frac{a^v{Z}_{2l}^{*}-b^v{Z}_{2l+1}}{{\left(a^v\right)}^2+{\left(b^v\right)}^2},\\ D_{2l+1}\left(v\right)=\frac{b^v{Z}_{2l}+a^v{Z}_{2l+1}^{*}}{{\left(a^v\right)}^2+{\left(b^v\right)}^2},\end{array}\right.\frac{Q}{2}+1\le v\le Q,$按照发射端的分组规则对得到的数据对进行分组，得到M(Q+1)个集合$\left\{D_k\left(v\right)\right|\frac{N}{M}u\le k\le \frac{N}{M}(u+1)-1\},$v＝0,1,…,Q,u＝0,1,…,M-1，统计集合$\left\{D_k\left(v\right)\right|\frac{N}{M}u\le k\le \frac{N}{M}(u+1)-1\},$v＝0,1,…，Q,u＝0,1,…,M-1,中符合q-QAM星座图中的星座点的数据的个数N_int(v,u),v＝0,1,…,Q,u＝0,1,…,M-1，则每个分组的边带为$(a^u,b^u,c^u)=(a_v,b_v,c_v),v=\underset{v=\mathrm{0,1},...,Q}{\max }\left\{N_{\mathrm{int}}(v,u)\right\}$（9）接收机按照恢复的边带信息对得到的频率域信号进行恢复，经过并串转换后，利用q-QAM星座图进行解调得到原始调制符号，再经过解交织、解码得到原始数据。