[发明专利]基于分布式实现的OFDM信号峰平比抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式实现的OFDM信号峰平比抑制方法，主要解决现有抑制OFDM系统抑制峰平比时复杂度高的问题。本发明通过在OFDM无线系统发射端设定满足系统所在场合要求的OFDM系统峰平比门限、空闲子载波功率限幅门限以及OFDM符号导频子载波功率的约束，再联合原始OFDM频域符号以及相关初始变量建立非凸的优化模型；然后对模型进行松弛转化，并通过求解得到期望的OFDM频域符号；最后将该期望的OFDM频域符号依次经过IFFT、并串变化、加循环前缀、D/A转换和射频放大后由天线发射出去。本发明有效地抑制了OFDM信号峰平比，且具有较低的计算复杂度，可用于通信领域信号传输。

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种OFDM信号峰平比抑制方法，可用于通信领域信号传输。

背景技术

正交频分复用OFDM技术具有频谱利用率高，抗多径衰落能力强，实现简单等优点，现已被广泛应用于无线通信系统中。如图1所示。原始OFDM无线系统发射端主要包括待发送的OFDM频域信号，反傅立叶变换IFFT模块，串并变换模块，添加循环前缀模块，D/A数模转换模块和射频放大模块，最终由天线发送出去。但是，若直接采用上述方法，OFDM信号可能会出现很高的峰平比，高的峰平比会降低功率放大器的功率效率。因此OFDM信号的一个主要缺点是其时域信号存在较高的峰平比PAPR。这是因为当多个子载波相位相同或相似时，其对应时域波形会出现瞬时峰值。当子载波数目较多时OFDM时域信号电平值就近似呈现高斯分布，即高电平信号出现的概率比低电平信号出现的概率小得多。若为避免OFDM信号出现非线性失真而迁就出现概率很小的高电平信号，将信号动态范围限定在功放的线性工作区内，会造成功放效率极为低下。若为保证功放效率而将其工作点推近饱和点，则会导致OFDM信号中的高电平信号产生明显的非线性失真。这种非线性失真不但会破坏子载波之间的正交性而恶化系统误码性能，还会形成带外频谱再生而干扰其他无线系统。

经典的抑制OFDM信号PAPR的方法有重复剪切滤波RCF，载波预留TR等，但是它们都因为其自身的缺点而在现有OFDM系统中无法取得更好的性能。比如重复剪切滤波法RCF，由于它是一个畸变过程就必然会产生带外辐射和带内失真，虽然进行重复剪切滤波可以降低带外辐射和带内失真，但却因再生幅值而无法得到好的抑制PAPR的效果；载波预留TR是预留一些载波用以专门抑制PAPR，但这种方法同样降低了频带效率。

目前，采用凸优化技术降低OFDM信号的PAPR已成为新的研究方向。比如，采用凸优化技术改进滤波过程，得到优化的RCF方法，它在很少的迭代次数下就可以达到预期的PAPR值。Aggarwal还提出了一种二阶锥规划SOCP模型，该模型在约束误差矢量幅值EVM和空闲子载波功率开销FCPO的条件下，最小化时域信号的峰值。半定规划SDP模型也可用于PAPR抑制：对于最小化EVM，约束条件为PAPR和FCPO的非凸优化模型，利用半定松弛SDR技术可将其转换成SDP的凸优化问题，从而可以有效地计算得到最优解。

虽然与传统方法相比，凸优化方法可以得到更好的PAPR抑制效果，但是因其计算复杂度高而使其实际应用受到约束，仍不能满足现代无线通信系统的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种可分布式实现的OFDM信号峰平比抑制方法，以降低计算复杂度，使其不受实际应用的约束，满足现代无线通信系统的需求。

本发明的技术思路是:在原始OFDM无线发射系统的反傅立叶变换模块前嵌入抑制OFDM信号峰平比模块，通过设定期望的OFDM信号的峰平比门限、空闲子载波的限幅门限和导频子载波约束，联合原始OFDM频域符号，将OFDM符号的优化问题转化为ADMM可求解的凸优化问题，通过用ADMM算法对该模型求解，得到优化后的OFDM频域符号。采用优化模块的OFDM发射系统具有更低的峰平比和信号失真，并且求解模型的过程具有更低的算法复杂度。其实现方案如下：

技术方案1：基于分布式实现的OFDM信号峰平比抑制方法，包括如下步骤：