[發明專利]基于分布式實現的OFDM信號峰平比抑制方法

有效

• 申請號: 201610051236.7
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105656830B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 王勇超;寇辰光;白晶
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種基于分布式實現的OFDM信號峰平比抑制方法，主要解決現有抑制OFDM系統抑制峰平比時復雜度高的問題。本發明通過在OFDM無線系統發射端設定滿足系統所在場合要求的OFDM系統峰平比門限、空閑子載波功率限幅門限以及OFDM符號導頻子載波功率的約束，再聯合原始OFDM頻域符號以及相關初始變量建立非凸的優化模型；然后對模型進行松弛轉化，并通過求解得到期望的OFDM頻域符號；最后將該期望的OFDM頻域符號依次經過IFFT、并串變化、加循環前綴、D/A轉換和射頻放大后由天線發射出去。本發明有效地抑制了OFDM信號峰平比，且具有較低的計算復雜度，可用于通信領域信號傳輸。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，特別涉及一種OFDM信號峰平比抑制方法，可用于通信領域信號傳輸。

背景技術

正交頻分復用OFDM技術具有頻譜利用率高，抗多徑衰落能力強，實現簡單等優點，現已被廣泛應用于無線通信系統中。如圖1所示。原始OFDM無線系統發射端主要包括待發送的OFDM頻域信號，反傅立葉變換IFFT模塊，串并變換模塊，添加循環前綴模塊，D/A數模轉換模塊和射頻放大模塊，最終由天線發送出去。但是，若直接采用上述方法，OFDM信號可能會出現很高的峰平比，高的峰平比會降低功率放大器的功率效率。因此OFDM信號的一個主要缺點是其時域信號存在較高的峰平比PAPR。這是因為當多個子載波相位相同或相似時，其對應時域波形會出現瞬時峰值。當子載波數目較多時OFDM時域信號電平值就近似呈現高斯分布，即高電平信號出現的概率比低電平信號出現的概率小得多。若為避免OFDM信號出現非線性失真而遷就出現概率很小的高電平信號，將信號動態范圍限定在功放的線性工作區內，會造成功放效率極為低下。若為保證功放效率而將其工作點推近飽和點，則會導致OFDM信號中的高電平信號產生明顯的非線性失真。這種非線性失真不但會破壞子載波之間的正交性而惡化系統誤碼性能，還會形成帶外頻譜再生而干擾其他無線系統。

經典的抑制OFDM信號PAPR的方法有重復剪切濾波RCF，載波預留TR等，但是它們都因為其自身的缺點而在現有OFDM系統中無法取得更好的性能。比如重復剪切濾波法RCF，由于它是一個畸變過程就必然會產生帶外輻射和帶內失真，雖然進行重復剪切濾波可以降低帶外輻射和帶內失真，但卻因再生幅值而無法得到好的抑制PAPR的效果；載波預留TR是預留一些載波用以專門抑制PAPR，但這種方法同樣降低了頻帶效率。

目前，采用凸優化技術降低OFDM信號的PAPR已成為新的研究方向。比如，采用凸優化技術改進濾波過程，得到優化的RCF方法，它在很少的迭代次數下就可以達到預期的PAPR值。Aggarwal還提出了一種二階錐規劃SOCP模型，該模型在約束誤差矢量幅值EVM和空閑子載波功率開銷FCPO的條件下，最小化時域信號的峰值。半定規劃SDP模型也可用于PAPR抑制：對于最小化EVM，約束條件為PAPR和FCPO的非凸優化模型，利用半定松弛SDR技術可將其轉換成SDP的凸優化問題，從而可以有效地計算得到最優解。

雖然與傳統方法相比，凸優化方法可以得到更好的PAPR抑制效果，但是因其計算復雜度高而使其實際應用受到約束，仍不能滿足現代無線通信系統的需求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種可分布式實現的OFDM信號峰平比抑制方法，以降低計算復雜度，使其不受實際應用的約束，滿足現代無線通信系統的需求。

本發明的技術思路是:在原始OFDM無線發射系統的反傅立葉變換模塊前嵌入抑制OFDM信號峰平比模塊，通過設定期望的OFDM信號的峰平比門限、空閑子載波的限幅門限和導頻子載波約束，聯合原始OFDM頻域符號，將OFDM符號的優化問題轉化為ADMM可求解的凸優化問題，通過用ADMM算法對該模型求解，得到優化后的OFDM頻域符號。采用優化模塊的OFDM發射系統具有更低的峰平比和信號失真，并且求解模型的過程具有更低的算法復雜度。其實現方案如下：

技術方案1：基于分布式實現的OFDM信號峰平比抑制方法，包括如下步驟：