降低隨機映射碼峰均比的非線性變換方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線通信的物理層調(diào)制方法，尤其是涉及一種以接收端進行鏈路 自適應為目的降低隨機映射碼峰均比的非線性變換方法。
【背景技術】
[0002] 在現(xiàn)代無線通信中，由于信道條件隨時間動態(tài)變化，鏈路自適應技術對無線通信 性能起到非常重要的作用。鏈路自適應技術分為發(fā)送端實現(xiàn)和接收端實現(xiàn)兩種。在接收端 實現(xiàn)的鏈路自適應技術稱為傳統(tǒng)鏈路自適應技術，發(fā)送端根據(jù)時變信道條件自適應地調(diào)整 調(diào)制、信道編碼、功率和其它協(xié)議參數(shù)。傳統(tǒng)的鏈路自適應技術主要有AMC技術和HARQ技 術。接收端實現(xiàn)鏈路自適應的技術，發(fā)送端增量地發(fā)送數(shù)據(jù)符號，直到接收端反饋ACK信號 或者達到最大數(shù)據(jù)符號數(shù)；接收端根據(jù)信道條件自適應地，利用所有接收到的數(shù)據(jù)符號進 行譯碼。
[0003] 隨機映射碼是一種新型的在接收端實現(xiàn)的鏈路自適應技術，相對于傳統(tǒng)的鏈路自 適應技術，具有高的連續(xù)的頻譜效率，克服了傳統(tǒng)鏈路自適應的缺陷?；陔S機映射碼的接 收端實現(xiàn)鏈路自適應技術方案如圖1所示。發(fā)送端在給定大小為NXN的隨機映射矩陣G的 條件下，首先按式u = G · b，對一組二進制比特串b = {bi, i = 1，2,…，N}進行編碼，得到 u ;經(jīng)過AWGN信道后，得到信號的有噪副本心最后采用置信傳播（BP)算法框架進行譯碼。 但是，隨機映射碼存在峰均比高的問題，不利于在可見光通信通信等實際系統(tǒng)中的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是提供一種性能損失小，能有效降低隨機映射碼峰均比的非線性 變換方法。
[0005] 本發(fā)明的降低隨機映射碼峰均比的非線性變換方法，包括以下步驟（如圖2所 示）：
[0006] 1、隨機映射碼編碼，給定二進制列向量b = {bi, i = 1，2,…，吣和隨機映射矩陣 G，用公式u = G · b進行編碼，得到u ;
[0007] 2、非線性正變換，以U為輸入，經(jīng)過非線性正變換之后，得到信號X ;
[0008] 3、調(diào)制與解調(diào)；
[0009] 4、非線性逆變換，以接收到的增加了高斯白噪聲的信號y為輸入，經(jīng)過線性逆變 換后得到資；
[0010] 5、計算噪聲方差，獲得~；
[0011] 6、譯碼，以δ和σ)為輸入，經(jīng)過譯碼后得到各。
[0012] 所述非線性正變換，以U為輸入，對其每一個元素+進行操作，具體如下：
[0013] 1、計算非線性縮放系數(shù)，Ci= exp(_|u ; |/k)，其中k為給定參數(shù)，比如k = 100 ;
[0014] 2、非線性正變換，Xi= u心；
[0015] 3、最后，將X = U1, x2, ···，Xi, ···}輸入到調(diào)制模塊。
[0016] 所述調(diào)制與解調(diào)，針對不同的通信系統(tǒng)采用不同的調(diào)制方式，主要有以下兩種調(diào) 制方式：
[0017] 1、針對可見光通信采用實數(shù)調(diào)制，發(fā)送端發(fā)送X = (X1, X2,…，Xi,…，XN};接收端 收到y(tǒng)，直接作為軟解調(diào)結果；
[0018] 2、針對無線電通信采用復數(shù)調(diào)制，將相鄰兩個符號組合成一個復符號，即Sk = Xa ι+j. x2k(k = 1，…，N/2)，發(fā)送復符號向量s = (S1, S2,…，Si,…，xN/2};在接收端，假設 接收到I，則分別提取#的實部和虛部，即
其中， real ( ·)和imag( ·)分別為提取復數(shù)實部和虛部的函數(shù)，reshape( ·)為矩陣變?yōu)榱邢蛄?函數(shù)。
[0019] 所述非線性逆變換，假設接收端收到帶噪的信號y = x+n，其中η是加型高斯噪聲， 以y為輸入，對其每一個元素 Y1進行如下操作：
[0020] 1、計算均值，
[0021] 假設構造編碼矩陣G的權重集合W = (WdW2, 給定，W對應的概率向量為
，具體計算步驟如下：
[0022] (1)初始化，讓
，讓
[0023] (2) P y卷積，讓％與Wx的每個元素相加得到％，仏與Px的每個元素相乘得 到？2;讓w>:i與Wx的每個元素相加得到I，朽2與P x的每個元素相乘得到P z，；
[0024] (3)合并與^;，如果有值相同值元素則合并為一個新元素，并記下在％,和 &的位置1:和1 2;新元素對應的概率為A ;之后，得到^和P z;
[0025] (4)讓Wx等于W z，Px等于P z;讓i加1，讓
和
;重復步驟（2)、（3)和（4)，直到/ >- L ;
[0026] (5)最后，得到權重向量
·和對應概率向量
；
[0027] (6)計算均值f，
[0028] 2、計算反變換系數(shù)，
[0029] 3、非線性逆變換，
[0030] 4、y的每一個元素經(jīng)過上述操作后，將y;組合成一維信號向量.??_ *
[0031] 所述的計算噪聲方差，設高斯信道噪聲方差為σ 2,以？為輸入，計算#向量對應的 混合噪聲方差，
[0032] 所述譯碼，以S、<迭代最大次數(shù)T = 20和大小為MXN的隨機映射矩陣G為輸 入，采用置信傳播算法進行譯碼，得到推斷結果?，譯碼算法包括初始化、迭代譯碼和判決 過程，具體步驟如下：
[0033] (1)初始化
[0034] 在第t = 0次迭代，第i個符號節(jié)點到第j個比特節(jié)點為0和1的概率分別 為
第j個比特節(jié)點到第i個符號節(jié)點為〇和1的概率分別為
，這里的Pi = 0. 5,表示先驗概率；
[0035] (2)迭代譯碼
[0036] 當?shù)螖?shù)t小于等于T，則依次重復水平迭代和垂直迭代，具體步驟如下：
[0037] (2. 1)水平迭代
[0038] 第i個符號節(jié)點共有L個比特節(jié)點鄰居，其到第j個比特節(jié)點為0和1的概率計 算步驟如下：
[0039] (2. L 1)計算概率卷積，以上一次迭代中的垂直迭代結果
G的第i行權重集合為輸入，用公式
計算概率卷積結果，其中
為卷積；得到權重向量WS =(WS1, WS2,…，WSm)和對應的概率向量p = (P1, P2,…，Pm);
[0040] (2. L 2)計算噪聲卷積
[0041] (2. L 3)噪聲概率計算，
[0042] 以ws、〇f⑴和沖）為輸入，用公式
計算ξ=〇的噪聲概率 向量
：;用公式
計算^=I的噪聲概率向量
其中 k = 1，2，"'m ;
[0043] (2. 1. 4)點乘計算，以A1,、和p為輸入，計算
和
[0044] (2. 2)垂直迭代，傳遞第j個比特節(jié)點到所有符號鄰居節(jié)點為0和1的概率，即
其中CAi表示第j個比特節(jié) 點除第i個符號節(jié)點的所有鄰居節(jié)點集合，h，是歸一化因子，使得
[0046] (2. 3)判決，經(jīng)過T次迭代后，譯碼停止，判決過程如下：
[0047] (2. 3. 1)計算第j個變量節(jié)點的硬判決概率，即
其中C,表示第j個比特節(jié)點 的所有符號節(jié)點集合；
[0049] (2. 3. 2)如果
[0050] (2. 3. 3)重復步驟（231)和（232)，得到判決結果S P
[0051] 本發(fā)明的降低隨機映射碼峰均比的非線性變換方法，通過對隨機映射碼的編碼向 量進行非線性變換，使得發(fā)送端可以大幅度降低峰均比，且譯碼性能損失很小，有利于在可 見光通信通信等實際系統(tǒng)中的應用。
【附圖說明】
[0052] 圖1為基于隨機映射碼的通信系統(tǒng)示意圖；
[0053] 圖2為本發(fā)明的降低峰均比的通信系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0054] 下面以權重集合 W = [-4, -4, -2, -1，1，2, 4, 4]，L = 8, k = 200 (100, 250, 300)為 例，詳細說明本發(fā)明的實現(xiàn)過程。具體步驟如圖2所示，步驟如下：
[0055] 步驟1，隨機映射碼編碼，給定二進制列向量b = {bi, i = 1，2,…，N}和隨機映射 矩陣G，用公式u = G · b進行編碼，得到u ;
[0056] 步驟2,非線性正變換，以u為輸入，經(jīng)過非線性正變換之后，得到信號X ;
[0057] 步驟3,調(diào)制與解調(diào)；
[0058] 步驟4,非線性逆變換，以接收到的加了高斯白噪聲的信號y為輸入，經(jīng)過線性逆 變換后得到A ;
[0059] 步驟5，噪聲估計，獲得4 ?
[0060] 步驟6，譯碼，以S和 < 為輸入，經(jīng)過譯碼后得到石。
[0061] 其中步驟2,非線性正變換，具體方法如下：