降低多载波通信信号峰均功率比的LDPC码研究

Reduction of Peak to Average Power Ratio (PAPR) of multi-carrier signals, which lowers the power consumption and cost of communication systems, is very essential for wideband wireless communications and green communications. However, design of near Shannon limit and low PAPR code for multi-carrier communications is still an open problem. A novel type of LDPC codes for the PAPR reduction of multi-carrier signals is proposed in this proposal, which is called as Negatable Subset LDPC (NS-LDPC). An NS-LDPC code has multiple disjoint negatable subsets of coded bits. With an NS-LDPC code, error correcting is achieved by the LDPC code and PAPR reduction of multi-carrier signals is achieved by negating the selected negatable subsets. The proposed NS-LDPC code can achieve near Shannon limit error correcting performance and significant PAPR reduction performance at the same time. We propose to study the random and structured construction, error correcting performance and PAPR reduction performance of NS-LDPC codes. The aim of the project is to obtain the construction method and demonstrate the effectiveness and performance of the proposed NS-LDPC codes.

降低信号峰均功率比（PAPR）有利于降低多载波通信系统的功耗、控制通信系统的成本，对于宽带无线通信和绿色通信技术的发展具有十分重要意义。然而，如何设计一种编码，使其既具有接近香农极限的纠错性能，又具有有效抑制PAPR的能力，这一问题仍未被解决。本项目提出了一种新类型的LDPC码用于降低多载波通信信号PAPR：可翻转子集LDPC码（NS-LDPC码）。NS-LDPC码的编码比特中具有多个不相交的可翻转子集。NS-LDPC码通过LDPC码实现纠错，通过对可翻转子集的翻转操作实现PAPR抑制。该方法具有接近香农极限的纠错性能，同时能有效降低多载波信号PAPR。本项目拟研究NS-LDPC码随机构造方法、结构化构造方法、纠错性能和多载波信号PAPR抑制性能。本项目的目标是建立NS-LDPC码的构造方法，并论证NS-LDPC码降低多载波信号PAPR的有效性和性能优势。

降低信号峰均功率比（PAPR）有利于降低多载波通信系统的功耗、控制通信系统的成本，对于宽带无线通信和绿色通信技术的发展具有十分重要意义。然而，如何设计一种编码，使其既具有接近香农极限的纠错性能，又具有有效抑制 PAPR 的能力，是一个极具挑战的问题。本项目提出了一种新类型的 LDPC 码用于降低多载波通信信号PAPR：可反转子集LDPC 码（NS-LDPC/IS-LDPC 码）。NS-LDPC （IS-LDPC）码的编码比特中具有多个不相交的可反转子集。NS-LDPC 码通过 LDPC 码实现纠错，通过对可反转子集的反转操作实现 PAPR 抑制。通过四年的研究，本项目获得了如下研究成果：1）获得了高纠错性能的NS-LDPC（IS-LDPC）码及其随机构造方法；2）获得了高纠错性能的结构化NS-LDPC（IS-LDPC）码——具有可反转子集的QC-LDPC码（NS-QC-LDPC/IS-QC-LDPC码），及其构造方法；3）采用计算机仿真和USRP实验的方法获取了NS-LDPC（IS-LDPC）码的纠错性能和PAPR性能。研究结果表明本项目提出的NS-LDPC（IS-LDPC）码能有效降低多载波信号 PAPR，同时具有接近香农极限的纠错性能。随机构造的NS-LDPC（IS-LDPC）码达到了PEG（渐进边增长法）构造LDPC码接近的纠错性能，结构化的NS-QC-LDPC（IS-QC-LDPC）码达到了IEEE 802.16e标准QC-LDPC码接近的纠错性能。此外，本项目还将研究扩展到极化码（polar码）性能提升和OFDM-OQAM（FBMC-OQAM）多载波信号的PAPR抑制两个领域，提出了校验级联极化码和多种适用OFDM-OQAM信号的PAPR抑制技术。项目发表13篇论文，其中发表SCI论文10篇，发表EI论文2篇，发表其它论文1篇，申请国家发明专利5项。