專利名稱：一種基于離散Hartley變換的預編碼OFDM的預編碼算法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于離散Hart I ey變換的預編碼OFDM的預編碼算法，屬于信息通信與信號處理技術領域。
背景技術：
由于多載波技術能有效對抗通信系統(tǒng)中頻率選擇性衰落信道的影響，特別是正交頻分復用(OFDM, orthogonal frequency division multiplexing)技術的提出，使得多載波技術成為包括寬帶無線通信，有線通信及光纖通信系統(tǒng)的核心技術。這是因為OFDM具有較高的頻譜利用率與采用了較為簡單的頻域均衡器。盡管如此，由于OFDM系統(tǒng)自身固有的缺點，限制了它的廣泛應用。例如較高的峰值功率，對載波偏移較為敏感以及較低的頻域分集能力。其中，較高的峰值功率造成OFDM系統(tǒng)中線性放大器與數(shù)模轉換模塊的效率下降，而載波偏移與較低的頻域分集能力使OFDM
系統(tǒng)的通信容量下降。預編碼OFDM技術被提出以用來提高OFDM系統(tǒng)的頻域分集能力，并且有限地減小系統(tǒng)的峰值功率。但是，目前的預編碼OFDM系統(tǒng)使得系統(tǒng)的復雜度較高，并且不能有效得消除峰值功率過高的問題。因此，在一些對系統(tǒng)功耗要求較高及系統(tǒng)設計復雜有限制的環(huán)境下，傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)與目前的預編碼OFDM系統(tǒng)的應用受到限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對以上問題的提出，研制了一種基于離散Hartley變換的預編碼OFDM的
預編碼算法。本發(fā)明的技術方案如下在OFDM系統(tǒng)中經過串并轉換的離散數(shù)字信號X(k)，每N個串行碼元符號x(k),k=0, I,..., N-1,形成并行的 OFDM 符號 X= [X(0)，X(I)，X (N_l) ]T，其中，X 為 N行列向量，將X直接進行預編碼與子載波調制，即將該并行正交頻分復用符號X送給只包含加法的一層蝶形運算，蝶形運算后得到的離散Hartley預編碼OFDM時域信號可以表示為S J^-I+ ^-Ax = QX,
V 2 2 J其中，/ = P為虛數(shù)單位，s是經過離散Hartley變換的預編碼時域信號，I是N
階單位矩陣，J是N階翻轉矩陣
,10 …O、
00… I
J =:*■. 0
UI 0 0 鳩所述S = + =中，s中的預編碼離散的時域信號點
V 22 JII .I*
s(k) = -^1Xikyr -^1XiN — /()(其中，k = 1，2，...，N - I)，且 S (O) = X (O)，只需要一
次加法運算。所述在式= 中，所述的一層蝶形運算，即矩陣Q，代替了
、22 J
原有離散Hartley變換預編碼OFDM系統(tǒng)中的預編碼與了載波調制運算，即S = WHX,
其中，W與H分別為N階逆離散傅里葉變換與離散Hartley變換矩陣，矩陣Q = WH,其步驟如下步驟一對向量X中第k個元素相移^^，第N-k個元素相移^^k=l，2，…，N-I ；
II 步驟二 將經過相移的第k個元素與第N_k個元素相加得到向量s中的第k個元素;k=l,2, ...，N-1，且 S(O)=X(O)。本發(fā)明的實現(xiàn)原理及依據A.基于DHT預編碼OFDM的低復雜度算法的導出與結論證明在以下分析中，我們主要采用了離散基帶模型，為了分析方便，主要以矩陣形式進行分析。在傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)中，首先要對將要發(fā)送的二進制數(shù)據進行編碼映射成碼元符號，然后將碼元符號進行分組并對各個不同的正交載波進行調制。在實際系統(tǒng)實現(xiàn)上，采用離散逆 Fourier 變換(IDFT, inverse discrete Fourier transform)對各個不同的下次載波進行調制及復用。假設系統(tǒng)用了 N個載波進行調制，因此調制之后的OFDM信號可以表示如下s = WhX,(I)其中，s與X分別是時域與頻域信號向量，W是NXN階的是離散逆Fourier變換矩陣，上標H是共軛轉置矩陣，且W的第m行，n列上的元素為d2WN，j為虛數(shù)單位，X= [X(O), X(I), ...,X(N-I)]1,其中，X(i)是第i個載波上的調制信號，s=[s(0),s(l), ...，s(N-1)]t，其中，s(i)是第i個時域信號序列。當載波數(shù)較多時，為了有效地減小系統(tǒng)的運算負荷，將采用快速逆Fourier變換(IFFT, inverse fast Fouriertransform)實現(xiàn) IDFT 運算。在預編碼OFDM系統(tǒng)中，除了要對頻域信號進行離散逆Fourier變換成時域信號，在這之前還要對頻域信號進行線性的預編碼操作Xp=PX,其中P為預編碼矩陣。經過預編碼的頻域信號再映射到相應的子載波上對其進行調制，即通過IDFT生成時域信號，s = WhPX.(2)根據不同的預編碼算法，P取不同的矩陣變換形式，目前采用的有離散余弦變換(DCT, discrete cosine transform),離散 Walsh 變換(DWT, discrete Walsh transform)等。對于離散余弦變換預編碼，常用的有八種變換形式，但是在常用的為第二類余弦變換，且為線性正交變換。同樣，離散Walsh變換也是一種線性正交變換。它們廣泛地應用于信號處理、數(shù)據壓縮等領域。2004年，Tepedelenlioglu通過理論分析證明，通過線性的正交預編碼,可以提高OFDM系統(tǒng)的頻率選擇性分集能力。因此，余弦變換、Walsh變換等正交線性變換在OFDM系統(tǒng)中預編碼的應用開始得到廣泛研究。另外，近年研究表明，不同的預編碼OFDM信號擁有不同的峰值功率特性。由于OFDM信號是大量正交載波線性相加而成，不同的載波被發(fā)送符號進行調制，大量的載波進行隨機地合成，會造成OFDM信號幅度的快速起伏?？焖倨鸱腛FDM信號將超過功率放大器的線性放大區(qū)域，造成發(fā)射信號的非線性干擾與截斷噪聲?；陬A編碼變換的OFDM系統(tǒng)仍然是多載波系統(tǒng)，它們雖然與傳統(tǒng)OFDM系統(tǒng)相比，有不同的峰值功率特性，但是其仍然具有較高的峰均值功率，其問題未得到根本解決。為了有效解決OFDM系統(tǒng)較高的峰值功率問題，并有效地降低系統(tǒng)復雜度與利用OFDM系統(tǒng)中信道的頻率選擇性分集增益，本發(fā)明提出了一種基于離散Hartley變換(DHT，discrete Hartley transform)的低復雜度預編碼OFDM算法。Hartley變換是一種類Fourier變換，最早由Hartley于1942提出，Bracewell于1983年提出離散Hartley變換。但是與Fourier變換不同的是,Hartley變換是一種實數(shù)域的線性正交變換,而Fourier變換是復數(shù)域的線性變換。因此Hartley變換主要分析信號的幅度而不能分析信號的相位信肩、O令NX N的DHT變換矩陣為H，由于DHT的自反特性，H矩陣的逆變換就是它本身。根據(2)式，DHT預編碼OFDM系統(tǒng)的信號為
權利要求
1.一種基于離散Hartley變換的預編碼OFDM的預編碼算法，其特征在于在OFDM系統(tǒng)中經過串并轉換的離散數(shù)字信號X (k)，每N個串行碼元符號X (k)，k=0, 1，. . .，N - 1，形成并行的OFDM符號X= [X (O)，X (I)，…，X (N-I) ]τ，其中，X為N行列向量，將X直接進行預編碼與子載波調制，即將該并行正交頻分復用符號X送給只包含加法的一層蝶形運算，蝶形運算后得到的離散Hartley預編碼OFDM時域信號可以表示為
2.如權利要求I所述的一種基于離散Hartley變換的預編碼OFDM的預編碼算法，其特征在于在式
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于離散Hartley變換的預編碼OFDM的預編碼算法，屬于信息通信與信號處理技術領域。本發(fā)明與傳統(tǒng)的OFDM系統(tǒng)相比省去了OFDM系統(tǒng)中必不可少的IFFT模塊，減少了系統(tǒng)復雜度。同時增加了系統(tǒng)的頻率選擇性分集增益，提高了系統(tǒng)的抗衰落性能與系統(tǒng)容量。
文檔編號H04L1/00GK102957514SQ20121051000
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權日2012年11月29日
發(fā)明者金基宇, 歐陽興, 金桂月, 王智森 申請人:大連工業(yè)大學