[發明專利]基于ADMM的低復雜度多載波調制信號峰均比抑制方法

在審

• 申請號: 202310363502.X
• 申請日: 2023-04-07
• 公開（公告）號: CN116389212A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 張華;倪浩;梁霄
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開了一種基于ADMM的低復雜度多載波調制信號峰均比抑制方法，屬于無線通信領域，方法包括：對多載波調制系統信號發射頻域中的各個子載波引入相移；通過過采樣得到時域的波形并對峰均比進行數學建模得到優化問題；在優化問題的拉格朗日函數中，固定相位因子和拉格朗日乘子，然后對優化目標進行優化；固定這個優化問題的優化目標和拉格朗日乘子后利用快速傅里葉變換FFT對相位因子進行優化；根據優化后的優化目標和相位因子以及約束條件更新拉格朗日乘子，反復迭代直至收斂，通過優化后的相位因子進行該多載波調制的峰均比優化。本發明的峰均比抑制方法峰均比優化效果好，且計算復雜度低。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種基于ADMM的低復雜度多載波調制信號峰均比抑制方法。

背景技術

OFDM(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing)即正交頻分復用技術，實際上OFDM是MCM(Multi?Carrier?Modulation)多載波調制的一種。通過頻分復用實現高速串行數據的并行傳輸，它具有較好的抗多徑衰落的能力，能夠支持多用戶接入。OFDM技術由多載波調制發展而來，是多載波傳輸方案的實現方式之一，它的調制和解調是分別基于IFFT和FFT來實現的，是實現復雜度最低、應用最廣的一種多載波傳輸方案，在4G和5G通信中具有極其重要的地位。

OFDM系統能夠提供更大的覆蓋范圍、更好的傳輸質量、更高的數據速率和頻譜效率。然而，由于OFDM符號是由多個獨立經過調制的子載波信號疊加而成的，當各個子載波相位相同或者相近時，疊加信號便會受到相同初始相位信號的調制，從而產生較大的瞬時功率峰值，由此進一步帶來較高的峰值平均功率比(PAPR—Peak?to?Average?Power?Ratio)，簡稱峰均比(PAPR)。由于一般的功率放大器的動態范圍都是有限的，所以峰均比較大的OFDM信號極易進入功率放大器的非線性區域，導致信號產生非線性失真，造成明顯的頻譜擴展干擾以及帶內信號畸變，導致整個系統性能嚴重下降。高峰均比已成為OFDM的一個主要技術阻礙。因此如何有效地將OFDM系統的PAPR降低即通過各種算法實現目標峰均比的優化是一個值得關注和比較關鍵的問題。

發明內容

本發明提供一種基于ADMM的低復雜度多載波調制信號峰均比抑制方法，該方法能夠達到直接優化峰均比的效果，以解決現有峰均比優化往往不直接優化峰均比，而是將其作為約束條件，對峰均比優化造成的信號失真等進行優化且時間復雜度過高的技術問題。

本發明第一方面實施例提供一種基于ADMM的低復雜度多載波調制信號峰均比抑制方法，包括以下步驟：分別為多載波調制系統信號發射頻域中的多個子載波增加初始相位，并合成增加初始相位后的所述多個子載波，得到時域波形；

對所述時域波形進行過采樣，利用增加的多個初始相位組成相位因子，并根據所述相位因子進行數學建模得到待優化問題；

獲取由優化目標、所述相位因子和拉格朗日乘子組成的所述待優化問題的拉格朗日函數，利用交叉方向乘子法，固定所述相位因子和所述拉格朗日乘子，對所述優化目標進行優化，并利用優化后的優化目標更新所述拉格朗日函數；

固定所述優化后的優化目標和所述拉格朗日乘子，利用快速傅里葉變換計算出所述拉格朗日函數中所述相位因子的梯度，搜索出最佳步長后利用梯度下降法對所述相位因子進行優化，利用優化后的相位因子更新所述拉格朗日函數；

根據優化目標、所述優化后的相位因子及拉格朗日乘子的約束條件更新所述拉格朗日乘子，通過對所述待優化問題的拉格朗日函數中的所述優化目標、所述相位因子和所述拉格朗日乘子進行多次迭代更新，直至滿足迭代終止條件輸出最優相位因子，并利用所述最優相位因子優化多載波調制系統信號發射頻域中的所述多個子載波的峰均比。

可選地，在本發明的一個實施例中，所述時域波形為：