[發(fā)明專利]基于交替方向乘子法的OFDM峰均比抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711402978.0
• 申請(qǐng)日: 2017-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN108173800B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇超;王艷嬌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);西安中電科西電科大雷達(dá)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新研究院有限公司
• 主分類號(hào): H04L27/26
• 分類號(hào): H04L27/26
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發(fā)明公開了一種基于交替方向乘子法的OFDM峰均比抑制方法，解決現(xiàn)有降低OFDM峰均比優(yōu)化方法計(jì)算復(fù)雜度高的問題。實(shí)現(xiàn)方案包括：以頻域OFDM信號(hào)數(shù)據(jù)載波干擾為目標(biāo)函數(shù)，峰均比和自由載波功率為約束條件，建立非凸的優(yōu)化模型；用交替方向乘子法ADMM參與優(yōu)化過程，求最優(yōu)解，優(yōu)化過程包含兩個(gè)方案，方案1直接利用ADMM方法進(jìn)行求解，若收斂則可保證收斂到優(yōu)化模型的KKT點(diǎn)。方案2對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行了松弛得到松弛模型，保證收斂，并且在參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)那闆r下無(wú)限逼近優(yōu)化模型的KKT點(diǎn)。與現(xiàn)有的峰均比抑制方法比，本發(fā)明可以得到更小且恒定的峰均比值，提高了系統(tǒng)誤碼性能，降低了計(jì)算復(fù)雜度，用于通信技術(shù)領(lǐng)域，以提高通信系統(tǒng)信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，特別涉及適用于正交頻分復(fù)用OFDM的發(fā)送端技術(shù)，具體是一種基于交替方向乘子法的OFDM峰均比抑制方法，可用于無(wú)線通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)

正交頻分復(fù)用OFDM是一種重要的多載波調(diào)制技術(shù)，由于其具有較高的頻譜利用率以及抵抗多徑衰落的能力，OFDM在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而，由于OFDM是一個(gè)多載波調(diào)制方式并且不同載波的數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，頻域載波相位相同或者相近會(huì)導(dǎo)致時(shí)域信號(hào)峰值較大，出現(xiàn)較高的峰均比。但是發(fā)射機(jī)的功率放大器是功率受限的，較大的峰均比會(huì)導(dǎo)致功率放大器進(jìn)入非線性飽和區(qū)，使信號(hào)出現(xiàn)帶內(nèi)干擾和帶外輻射。

為了解決這一問題，學(xué)者們提出一系列的降低峰均比的方法，在這些方法中，重復(fù)切割濾波技術(shù)RCF是最簡(jiǎn)單的方法，它的計(jì)算復(fù)雜度最低。該方法通過引入干擾信號(hào)，使OFDM信號(hào)逼近確定的PAPR閾值。但是經(jīng)典的RCF方法和它的一些變形無(wú)法滿足更復(fù)雜的系統(tǒng)要求，例如使自由載波的功率低于某一門限或者使信號(hào)干擾達(dá)到最小，這些要求RCF均無(wú)法滿足。

在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化方法在近幾年得到了廣泛的應(yīng)用，用優(yōu)化方法降低OFDM信號(hào)的峰均比，可以使系統(tǒng)參數(shù)達(dá)到最優(yōu)。典型的優(yōu)化方法，例如二階錐規(guī)劃和半正定規(guī)劃得到了廣泛的研究和使用。最開始應(yīng)用二階錐規(guī)劃方法的是Aggarwal，他的模型中，目標(biāo)函數(shù)是最小化時(shí)域信號(hào)的峰值，約束條件為誤差矢量幅度和自由載波功率，Aggarwal證明該模型具有全局最優(yōu)解，但是它的計(jì)算復(fù)雜度較高，約為O(N³)。在此之后，不同的二階錐規(guī)劃方法被提出用來(lái)降低OFDM的峰均比。半正定規(guī)劃是另一種重要的優(yōu)化方法，Yongchao Wang等利用這一方法，對(duì)非凸的二次優(yōu)化模型進(jìn)行了松弛，優(yōu)化后的OFDM信號(hào)具有恒定的峰均比，同時(shí)得到較優(yōu)的系統(tǒng)誤碼率，但是它的計(jì)算復(fù)雜度也較高。

這些方法可以有效降低OFDM信號(hào)的峰均比，同時(shí)得到較優(yōu)的系統(tǒng)誤碼率，但是它們的計(jì)算復(fù)雜度比較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種復(fù)雜度低峰均比更小的基于交替方向乘子法ADMM的OFDM峰均比抑制方法。

本發(fā)明是一種基于交替方向乘子法的OFDM峰均比抑制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)對(duì)輸入的OFDM信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，得到頻域信號(hào)c；

(2)對(duì)頻域信號(hào)c進(jìn)行串并變換后進(jìn)行l(wèi)N點(diǎn)傅里葉逆變換，得到時(shí)域信號(hào)x；

(3)對(duì)頻域信號(hào)c和時(shí)域信號(hào)x用兩種優(yōu)化方案中的方案之一進(jìn)行優(yōu)化，方案1為用直接模型進(jìn)行優(yōu)化，方案2為用松弛模型進(jìn)行優(yōu)化。

(3.1)方案1：以數(shù)據(jù)載波干擾為目標(biāo)函數(shù)，峰均比和自由載波功率為約束條件，建立非凸的直接模型，將ADMM方法直接應(yīng)用到直接模型中，對(duì)頻域信號(hào)c和時(shí)域信號(hào)x分別進(jìn)行求解，最終得到該模型的最優(yōu)解。

(3.2)方案2：以數(shù)據(jù)載波干擾為目標(biāo)函數(shù)，峰均比和自由載波功率為約束條件的基礎(chǔ)上引入兩個(gè)輔助變量，第一輔助變量u和第二輔助變量w，將u＝w作為懲罰項(xiàng)加到目標(biāo)函數(shù)中，建立非凸的松弛模型，繼而將ADMM方法應(yīng)用到松弛模型中，對(duì)頻域信號(hào)c、時(shí)域信號(hào)x、輔助變量u和w分別進(jìn)行求解，最終得到模型的最優(yōu)解。