一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，包括如下步骤：设定系统模型，定义用于数据传输的子载波集合以及信号向量d

【技术实现步骤摘要】
一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法


[0001]本专利技术涉及无线通信，特别是一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法。

技术介绍

[0002]人类社会进入信息化时代，人们对通信的要求越来越高，不断促使着无线通信技术的发展。正交频分复用(OFDM)作为重要的多载波调制技术，通过分解宽带信道变为几个独立的窄带信道，得到较高的频谱利用率和抗频率选择性衰落能力，从而在现代通信系统中得到广泛的应用。但是OFDM系统中含有多个子载波，在调制过程中，多个子载波叠加在一起，在相位一致或者相位相邻时就可能会产生较大的瞬时峰值，从而导致峰均功率比过高。而且载波数越多，峰均比越高。高峰均比信号会超过放大器的线性范围导致信号畸变，使信号的频谱发生变化，导致系统的性能严重恶化。
[0003]针对这一问题，已经有许多方法被研究学者提出。主要分为三类：概率类、编码类以及信号预畸变类技术，但是它们都存在信号失真、计算复杂度高等不足。近年来，很多学者将数学优化方法用到OFDM的PAPR抑制中，例如经典的半正定规划(SDP)以及二阶锥规划(SOCP)。虽然这些算法在降低PAPR方面能够达到比较好的效果，但是计算复杂度都相对较高。这样会导致在数据量较大时，出现效率过低，花费时间太长的情况。所以要找出一种既能降低OFDM信号的PAPR，又能提高计算效率，降低算法复杂度的方法。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，从而有效地抑制发射信号的PAPR，同时系统的BER保持良好的状态，与其他方法相比只需很少的迭代次数就可以达到很好的效果。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，包括以下步骤：
[0006]S1、设定系统模型各项参数，定义用于数据传输的子载波集合以及信号向量d
n
；
[0007]S2、设计信号向量d
n
，对信号向量d
n
进行处理得到频域发射信号，通过频域发射信号获取到时域发射信号；
[0008]S3、采用添加抑制信号模块来抑制发射信号的频谱旁瓣和降低PAPR：对时域发射信号填加循环前缀，然后对处理完的时域发射信号添加抑制信号模块，得到发射信号；
[0009]S4、降低PAPR：采用PAPR来衡量发射信号的波动，PAPR表示信号功率的峰值与均值之比，采用互补累积分布函数衡量PAPR；
[0010]S5、将降低频带干扰、抑制PAPR和抑制信号的功率约束联合成优化问题，并利用设计好的交替方向乘子算法求解该优化问题。
[0011]所述步骤S1具体为：
[0012]S1.1、设定一个单链路OFDM系统，该系统由在瑞利信道上进行通信的发射机和接收机组成；
[0013]S1.2、为了便于分析且不失一般性，假设一个相邻用户，采用OFDM技术，在OFDM系统的传输频带内跨越K个子载波的带宽上进行操作；因此，OFDM发送器/接收器对应控制其传输，以使对该相邻用户的干扰最小；
[0014]S1.3、假设子载波的总数为N，相邻用户跨越频带中{i+1,...,i+K}个子载波是无效的；剩余的N
d
个数据子载波{1,...,i}∪{i+K+1,...,N}，通过包含在向量中的一组QAM符号进行调制。
[0015]所述步骤S2具体为：
[0016]S2.1、将剩余N
d
个数据子载波进行串并转换，变为并行数据；
[0017]S2.2、进行映射操作，对跨越的K个数据进行处理，使频域发射信号d
n
重新变为
[0018]S2.3、获得的频域信号d
n
再对其进行IDFT(离散傅里叶逆变换)，得到时域发射信号。
[0019]所述步骤S3具体为：
[0020]S3.1、为了避免ISI(码间干扰)，对于步骤S2中得到的时域发射信号添加CP(循环前缀)，得到的时域OFDM信号将以矢量形式表示为x＝[x1,...,x
N+L
]T
＝AF
H
Md；其中是添加CP矩阵，F
H
是N点离散傅里叶逆变换矩阵，是子载波映射矩阵；
[0021]S3.2、为了控制发射信号的PAPR，所以在发射信号上添加时域抑制信号c，其中
[0022]S3.3、将抑制信号表示为c＝Ps，所以发射端的信号就变成t＝x+c＝AF
H
Md+Ps，其中
[0023]S3.4、接收器收到的频域信号向量表示为：r＝Ht+n，其中，r是接收信号向量，H表示OFDM的信道矩阵，n是独立同分布的复高斯噪声，其每个分量的均值为0，方差为N0；
[0024]S3.5、对于一个给定的频域信号OFDM调制后的基带发射信号表示为：
[0025][0026]其中，T为OFDM符号时间，Δf为子载波频率间隔，N为子载波数。
[0027]所述步骤S4中PAPR的表达式如下：
[0028][0029]其中，||
·
||
∞
表示无穷范数，||
·
||2表示2范数，E{
·
}表示期望运算。
[0030]所述步骤S4中互补累积分布函数表示为：
[0031]CCDF(α)＝Pr{PAPR＞α}＝1
‑
(1
‑
e
‑
α
)
N
ꢀꢀ
(3)
[0032]其中，α表示PAPR的门限值。
[0033]所述步骤S5具体为：
[0034]S5.1、设计优化模型，联合执行降低频带干扰、抑制PAPR和抑制信号的功率约束：
[0035]相邻频带中的干扰表示为：
[0036][0037]其中，表示信息数据的带外功率辐射，表示抑制信号的带外功率辐射。
[0038]S5.2、将公式(2)、(4)以及抑制信号功率约束整合到一起，将系统描述为如下优化问题：
[0039][0040]S5.3、用均方误差代替||F
d
+F
s
s||2，获得以下优化问题：
[0041][0042]其中，α表示峰均比约束，ε表示矢量s的功率约束，并且α＞1，ε＞0。
[0043]所述步骤S5.3具体为：
[0044]S5.3.1、将LADMM算法直接应用于模型(6)，得到LADMM模型：
[0045][0046]其中，L
ρ
是上述模型的增广拉格朗日函数，是拉格朗日乘子，k是迭代次数；模型(7)的增广拉格朗日函数可以表示为：
[0047][0048]其中，ρ＞0表示惩罚参数；
[0049]S5.3.2、建立信号s的求解模型，根据模型(7)的增广拉格朗日函数，得到信号s的求解模型：
[0050]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设定系统模型各项参数，定义用于数据传输的子载波集合以及信号向量d
n
；S2、设计信号向量d
n
，对信号向量d
n
进行处理得到频域发射信号，通过频域发射信号获取到时域发射信号；S3、采用添加抑制信号模块来抑制发射信号的频谱旁瓣和降低PAPR：对时域发射信号填加循环前缀，然后对处理完的时域发射信号添加抑制信号模块，得到发射信号；S4、降低PAPR：采用PAPR来衡量发射信号的波动，PAPR表示信号功率的峰值与均值之比，采用互补累积分布函数衡量PAPR；S5、将降低频带干扰、抑制PAPR和抑制信号的功率约束联合成优化问题，并利用设计好的交替方向乘子算法求解该优化问题。2.根据权利要求1所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：S1.1、设定一个单链路OFDM系统，该系统由在瑞利信道上进行通信的发射机和接收机组成；S1.2、为了便于分析且不失一般性，假设一个相邻用户，在OFDM系统的传输频带内跨越K个子载波的带宽上进行操作；因此，OFDM发送器/接收器对应控制其传输，以使对该相邻用户的干扰最小；S1.3、假设子载波的总数为N，相邻用户跨越频带中{i+1,...,i+K}个子载波是无效的；剩余的N
d
个数据子载波{1,...,i}∪{i+K+1,...,N}，通过包含在向量中的一组QAM符号进行调制。3.根据权利要求1所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：S2.1、将剩余N
d
个数据子载波进行串并转换，变为并行数据；S2.2、进行映射操作，对跨越的K个数据进行处理，使频域发射信号d
n
重新变为S2.3、获得的频域信号d
n
再对其进行IDFT，得到时域发射信号。4.根据权利要求1所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：S3.1、对于步骤S2中得到的时域发射信号添加CP，得到的时域OFDM信号将以矢量形式表示为x＝[x1,...,x
N+L
]
T
＝AF
H
Md；其中是添加CP矩阵，F
H
是N点离散傅里叶逆变换矩阵，是子载波映射矩阵；S3.2、在发射信号上添加时域抑制信号c，其中S3.3、将抑制信号表示为c＝Ps，发射端的信号就变成t＝x+c＝AF
H
Md+Ps，其中S3.4、接收器收到的频域信号向量表示为：r＝Ht+n，其中，r是接收信号向量，H表示OFDM的信道矩阵，n是独立同分布的复高斯噪声，其每个分量的均值为0，方差为N0；
S3.5、对于一个给定的频域信号OFDM调制后的基带发射信号表示为：其中，T为OFDM符号时间，Δf为子载波频率间隔，N为子载波数。5.根据权利要求1所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，其特征在于，所述步骤S4中PAPR的表达式如下：其中，||
·
||
∞
表示无穷范数，||
·
||2表示2范数，E{
·
}表示期望运算。6.根据权利要求1所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法，其特征在于，所述步骤S4中互补累积分布函数表示为：CCDF(α)＝Pr{PAPR＞α}＝1
‑
(1
‑
e
‑
α
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚军，刘爽，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：