CN114978845A - 一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信领域，特别是一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法及设备。本发明以数据信号进行分段和分相位进行交织调制，通过多相交织调制对峰均比进行抑制，利用可变长正交因子生成相位因子序列，在接收端有效的降低了接收复杂度。同时利用正交幅度调制可旋转特点，可以在没有辅助信息占用额外带宽的情况下，将数据信息和辅助信息一起传输。从而可以很好的进行OFDM峰均比抑制，为无额外辅助信息传输且低复杂度的峰均比抑制提供了新的方法。

Description

一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法及设备
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法及设备。
背景技术
如今通信领域中。现在通常采用交织调制的方法进行编码，该方法的关键思想是用交织器来打乱调制数据产生，交织器的作用是将信息序列中的比特顺序重置。当信息序列经过第一个分量编码器编码后输出的码字重量较低时，交织器使得交织后的信息序列经过第二个分量编码器编码后输出高重码字，从而提高码字的自由距离，同时好的交织器还可以有效地降低校验序列间的相关性。
而星地通信间的功率受限于OFDM峰均比(PAPR)过高的问题，不能更加广泛的应用。按照OFDM峰均比抑制的技术途径来分类，可以大致分为以下三类：信号预失真算法、编码类算法和概率类算法。下面将对这概率类算法进行简要介绍。
概率类算法的基本原理是在子载波间引入一定的相关性，从而一定程度上降低叠加信号高峰值出现的概率。典型的概率类算法包括SLM选择映射法、部分传输序列法、子载波注入法、子载波保留法等，但仍然需要在传输的过程中加入附带信号，增加传输带宽占用。
因此，本发明在如下前提下，提供一种新的峰均比抑制方法及设备：
(1)、功率峰均比PAPR定义为：
Figure BDA0003675142630000021
(2)、接收端和发送方已知相位因子的取值范围；
(3)、检测过程中，接收端已知发送信号的长度以及交织序列的长度和采用的序列；
(4)、信道带来的频偏和时延引起星座图旋转的问题不在本发明的考虑之内，信号在接收端已经完成了频偏和时延的纠正。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的星地通讯方案峰均比过高的问题，提供一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法及设备。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，包括以下步骤：
发射端：
S1：对传输数据进行调制处理，获取若干调制符号；所述调制处理包括分割、纠错、交织以及星座映射；
S2：将所述调制符号与其对应的相位因子相乘，输出传输符号；
S3：将所述传输符号依次进行叠加，输出发射信号并进行发射；
接收端：
S4：接收所述发射信号，并将所述发射信号解调到时域上，得到解调信号；
S5：初始化译码器估计值，并将所述函数以及所述解调信号送入基本信号估计器进行迭代，输出迭代后的译码器期望值；
S6：根据调制方式对所述译码器期望值进行软判决，软判决结果为译码器期望值，并输出所述软判决结果。本发明以数据信号进行分段和分相位进行交织调制，通过多相交织调制对峰均比进行抑制，利用可变长正交因子生成相位因子序列，在接收端有效的降低了接收复杂度。同时利用正交幅度调制可旋转特点，可以在没有辅助信息占用额外带宽的情况下，将数据信息和辅助信息一起传输。从而可以很好的进行OFDM峰均比抑制，为无额外辅助信息传输且低复杂度的峰均比抑制提供了新的方法。
作为本发明的优选方案，所述步骤S1包括：
S11：将传输数据逐帧进行分割处理，依次将每帧的传输数据均等的分为U个数据段；其中，U为预设自然数；
S12：依次对所述数据段进行纠错编码，并输出纠错数据段；
S13：依次将所述纠错数据段与其对应的交织器进行交织处理，输出交织数据段；所述交织器为循环移位的预设序列；
S14：对所述交织数据段进行星座映射处理，并输出调制符号。
作为本发明的优选方案，所述相位因子的计算式为：
Figure BDA0003675142630000031
其中，ρk,l为第l帧第k个数据段的相位因子，pk,l是该数据段的发射功率，θk,l为相位偏移量，θk,l＝(k-1)π/2U。
作为本发明的优选方案，所述步骤S12中所述纠错编码的码率R＝N/M，其中，N为每个数据段的比特数，M为编码后的每个数据段的比特数。
作为本发明的优选方案，所述步骤S13中相邻所述交织器的位移为M/(UL)。
作为本发明的优选方案，所述步骤S14中的所述星座映射处理为BPSK星座映射。
作为本发明的优选方案，所述步骤S5包括以下步骤：
S51：初始化译码器估计值函数
Figure BDA0003675142630000041
迭代次数t＝0；其中，l为帧数序号，k为数据段序号，n为传输符号的序号；
S52：计算
Figure BDA0003675142630000042
的对数似然比
Figure BDA0003675142630000043
并将所述对数似然比
Figure BDA0003675142630000044
输入到解交织器；
S53：将所述解交织器的输出结果发送到纠错编码译码器，获得译码结果
Figure BDA0003675142630000045
S54：将所述译码结果
Figure BDA0003675142630000046
发送到交织器中，输出译码器估计值
Figure BDA0003675142630000047
所述迭代次数t＝t+1；
S55：判断所述迭代次数t是否等于预设最大迭代次数，若小于所述预设最大迭代次数，进入步骤S52；若等于所述预设最大迭代次数，输出
Figure BDA0003675142630000048
Figure BDA0003675142630000049
为译码器期望值。
作为本发明的优选方案，所述步骤S52中对数似然比
Figure BDA00036751426300000410
的计算式为：
Figure BDA00036751426300000411
Figure BDA00036751426300000412
Figure BDA00036751426300000413
Figure BDA00036751426300000414
Figure BDA00036751426300000415
Figure BDA0003675142630000051
Figure BDA0003675142630000052
其中，rn为所述解调信号，其中，Ε(·)和Var(·)分别表示期望值函数和方差函数，
Figure BDA0003675142630000053
代表第l帧第k个数据段受到的干扰。
一种峰均比抑制设备，包括至少一个处理器，信号发射器，信号接收器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述信号发射器能够发射数据信号，所述信号接收器能够接收所述数据信号；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述任一项所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明以数据信号进行分段和分相位进行交织调制，通过多相交织调制对峰均比进行抑制，利用可变长正交因子生成相位因子序列，在接收端有效的降低了接收复杂度。同时利用正交幅度调制可旋转特点，可以在没有辅助信息占用额外带宽的情况下，将数据信息和辅助信息一起传输。从而可以很好的进行OFDM峰均比抑制，为无额外辅助信息传输且低复杂度的峰均比抑制提供了新的方法。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例3所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法中不同帧数和数据段数的性能对比示意图；
图3为本发明实施例4所述的一种利用了实施例1或实施例2任一所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法的一种峰均比抑制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，包括以下步骤：
发射端：
S1：对传输数据进行调制处理，获取若干调制符号；所述调制处理包括分割、纠错、交织以及星座映射。
S2：将所述调制符号与其对应的相位因子相乘，输出传输符号。
S3：将所述传输符号依次进行叠加，输出发射信号并进行发射。
接收端：
S4：接收所述发射信号，并将所述发射信号解调到时域上，得到解调信号。
S5：初始化译码器估计值，并将所述函数以及所述解调信号送入基本信号估计器进行迭代，输出迭代后的译码器估计值。
S6：根据调制方式对所述译码器期望值进行软判决，软判决结果为译码器期望值，并输出所述软判决结果。
实施例2
本实施例为实施例1的进一步说明，所述传输数据的帧数为L，每帧的数据段为U，每个数据段的比特数为N，则第l帧的第k个数据段的信息比特为
Figure BDA0003675142630000071
Figure BDA0003675142630000072
对所述传输数据的处理步骤具体如下：
发射端：
S1：对传输数据进行调制处理，获取若干调制符号；
S11：将传输数据逐帧进行分割处理，依次将每帧的传输数据均等的分为U个数据段；其中，U为预设自然数；
S12：依次对所述数据段进行纠错编码，并输出纠错数据段；
所述纠错编码的码率R＝N/M，编码后的纠错数据段
Figure BDA0003675142630000073
其中，N为每个数据段的比特数，M为编码后的每个数据段的比特数。
S13：依次将所述纠错数据段与其对应的交织器进行交织处理，输出交织数据段
Figure BDA0003675142630000074
所述交织器为循环移位的预设序列；相邻所述交织器的位移为M/(UL)。即预设交织器为πk,l，后一个交织器πk+1,l是交织器πk,l经过循环移位M/(UL)位后得到的序列。
S14：对所述交织数据段进行星座映射处理，并输出调制符号。
其中，本发明此次采用BPSK星座映射，输出调制符号为
Figure BDA0003675142630000075
Figure BDA0003675142630000076
S2：将所述调制符号与其对应的相位因子相乘，输出传输符号xk,l·ρk,l；
所述相位因子的计算式为：
Figure BDA0003675142630000077
其中，ρk,l为第l帧第k个数据段的相位因子，pk,l是该数据段的发射功率，θk,l为相位偏移量，θk,l＝(k-1)π/2U。
S3：将所述传输符号依次进行叠加，多个数据段传输符号叠加得到
Figure BDA0003675142630000081
同样将多个帧叠加得到
Figure BDA0003675142630000082
将叠加后的传输符号输出为发射信号并进行发射；
接收端：
S4：接收所述发射信号，并将所述发射信号解调到时域上，得到解调信号。其中解调信号rn的表达式为：
Figure BDA0003675142630000083
Figure BDA0003675142630000084
h为信道系数，ωn是方差为σω的复高斯白噪声经过DFT后的信号，n＝0,1,...,N-1。
S5：初始化译码器估计值，并将所述函数以及所述解调信号送入基本信号估计器进行迭代，输出迭代后的译码器估计值；
S51：初始化译码器估计值函数
Figure BDA0003675142630000085
迭代次数t＝0；其中，l为帧数序号，k为数据段序号，n为传输符号的序号；
S52：计算
Figure BDA0003675142630000086
的对数似然比
Figure BDA0003675142630000087
并将所述对数似然比
Figure BDA0003675142630000088
输入到解交织器；所述对数似然比
Figure BDA0003675142630000089
的计算式为：
Figure BDA0003675142630000091
Figure BDA0003675142630000092
Figure BDA0003675142630000093
Figure BDA0003675142630000094
Figure BDA0003675142630000095
Figure BDA0003675142630000096
Figure BDA0003675142630000097
其中，rn为所述解调信号。
S53：将所述解交织器的输出结果发送到纠错编码译码器，获得译码结果
Figure BDA0003675142630000098
S54：将所述译码结果
Figure BDA0003675142630000099
发送到交织器中，输出译码器估计值
Figure BDA00036751426300000910
所述迭代次数t＝t+1；
S55：判断所述迭代次数t是否等于预设最大迭代次数，若小于所述预设最大迭代次数，进入步骤S52；若等于所述预设最大迭代次数，输出
Figure BDA00036751426300000911
Figure BDA00036751426300000912
为译码器期望值。
S6：根据调制方式对所述译码器期望值进行软判决，软判决结果为译码器期望值，并输出所述软判决结果。
实施例3
本实施例为实施例2所述方法的实际运用例。本实施例采用一串长度为1024bit的传输数据，
S1：以帧数L＝2，数据段数U＝2对所述传输数据进行分割处理。纠错编码后相位取值θ＝0，π/4，对数据进行R＝1/5码率的LDPC编码得到纠错数据段ck,l，共计5120个调制符号。根据传输符号的长度，每段随机生成交织序列长度为1280，利用循环位移的使得交织序列产生L*U＝4个不同的交织序列。
对于纠错数据段ck,l与每一组交织序列做序列交织，得到4组相位变化的交织数据段dk,l，将码字dk,l映射到BPSK星座上，经过得到调制符号xk,l。
S2：对调制符号每个数据段的相位因子为
Figure BDA0003675142630000101
最后每一数据段相位因子和调制符号相乘，得到传输符号xk,l·ρk,l。
S3：多段传输符号叠加得到
Figure BDA0003675142630000102
同样将多个帧叠加得到
Figure BDA0003675142630000103
对其进行M点IFFT，得到发射信号，对时域传输符号进行发送。
S4：传输信道为加性高斯白噪声信道，信噪比为10dB，接收端接收到符号后对信号进行M点FFT,得到传输序列。
S5：初始化基本信号估计器，开始进行译码迭代。第一次迭代的
Figure BDA0003675142630000104
将信号送入基本信号估计器，得到
Figure BDA0003675142630000105
的对数似然比
Figure BDA0003675142630000106
接收端已知发送端所使用的交织序列组，对每一个相位因子和交织序列和传输序列做解交织，得到解交织序列。对解交织序列做译码迭代，得到译码结果
Figure BDA0003675142630000107
译码结果
Figure BDA0003675142630000108
重新送进相对应的交织器，得到
Figure BDA0003675142630000109
作为下一次基本信号估计器的输入，开始下一次迭代。在达到最大迭代后，输出迭代后的译码器期望值
Figure BDA00036751426300001010
S6：根据调制方式对所述译码器期望值进行软判决，软判决结果为译码器期望值，并输出所述软判决结果。
修改帧数和数据段数后，取得的性能效果对比如附图2所示，其中，横坐标为PAPR的门限，纵坐标为超过PAPR门限的概率。
实施例4
如图3所示，一种峰均比抑制设备，包括至少一个处理器，信号发射器，信号接收器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述信号发射器能够发射数据信号，所述信号接收器能够接收所述数据信号；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述实施例所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法。所述输入输出接口可以包括显示器、键盘、鼠标、以及USB接口，用于输入输出数据；电源用于为设备提供电能。
本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例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。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
发射端：
S1：对传输数据进行调制处理，获取若干调制符号；所述调制处理包括分割、纠错、交织以及星座映射；
S2：将所述调制符号与其对应的相位因子相乘，输出传输符号；
S3：将所述传输符号依次进行叠加，输出发射信号并进行发射；
接收端：
S4：接收所述发射信号，并将所述发射信号得到解调信号；
S5：初始化译码器估计值函数，并将所述函数以及所述解调信号送入基本信号估计器进行迭代，输出迭代后的译码器期望值；
S6：根据调制方式对所述译码器期望值进行软判决，软判决结果为译码器期望值，并输出所述软判决结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
S11：将传输数据逐帧进行分割处理，依次将每帧的传输数据均等的分为U个数据段；其中，U为预设自然数；
S12：依次对所述数据段进行纠错编码，并输出纠错数据段；
S13：依次将所述纠错数据段与其对应的交织器进行交织处理，输出交织数据段；所述交织器为循环移位的预设序列；
S14：对所述交织数据段进行星座映射处理，并输出调制符号。
3.根据权利要求2所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，其特征在于，所述相位因子的计算式为：
Figure FDA0003675142620000021
其中，ρk,l为第l帧第k个数据段的相位因子，pk,l是该数据段的发射功率，θk,l为相位偏移量，θk,l＝(k-1)π/2U。
4.根据权利要求2所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步骤S12中所述纠错编码的码率R＝N/M，其中，N为每个数据段的比特数，M为编码后的每个数据段的比特数。
5.根据权利要求4所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步骤S13中相邻所述交织器的位移为M/(UL)。
6.根据权利要求2所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步骤S14中的所述星座映射处理为BPSK星座映射。
7.根据权利要求1所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下步骤：
S51：初始化译码器估计值函数
Figure FDA0003675142620000026
迭代次数t＝0；其中，l为帧数序号，k为数据段序号，n为传输符号的序号；
S52：计算
Figure FDA0003675142620000023
的对数似然比
Figure FDA0003675142620000022
并将所述对数似然比
Figure FDA0003675142620000024
输入到解交织器；
S53：将所述解交织器的输出结果发送到纠错编码译码器，获得译码结果
Figure FDA0003675142620000025
S54：将所述译码结果
Figure FDA0003675142620000027
发送到交织器中，输出译码器估计值
Figure FDA0003675142620000028
所述迭代次数t＝t+1；
S55：判断所述迭代次数t是否等于预设最大迭代次数，若小于所述预设最大迭代次数，进入步骤S52；若等于所述预设最大迭代次数，输出
Figure FDA00036751426200000210
Figure FDA0003675142620000029
为译码器期望值。
8.根据权利要求7所述的一种基于多相交织调制的峰均比抑制方法，其特征在于，所述步骤S52中对数似然比
Figure FDA0003675142620000038
的计算式为：
Figure FDA0003675142620000031
Figure FDA0003675142620000032
Figure FDA0003675142620000033
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Figure FDA0003675142620000037
其中，rn为所述解调信号，其中，Ε(·)和Var(·)分别表示期望值函数和方差函数，
Figure FDA0003675142620000039
代表第l帧第k个数据段受到的干扰。
9.一种峰均比抑制设备，其特征在于，包括至少一个处理器，信号发射器，信号接收器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述信号发射器能够发射数据信号，所述信号接收器能够接收所述数据信号；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至8中任一项所述的方法。
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