[发明专利]联合抑制OFDMA系统频谱旁瓣和峰均比的预编码方法

说明书

本发明公开了一种联合抑制OFDMA系统频谱旁瓣和峰均比的预编码方法。该方法通过矩阵乘法改变OFDMA系统发射端输入数据的相关性，在对OFDMA系统的频谱旁瓣和峰值平均功率比进行建模的基础上，建立多目标优化模型，遵循预编码前后功率不变和数据错误率不变的设计原则，通过列循环和列交换的算法寻找最优的预编码列矢量组合，从而解决多目标优化问题，同时有效地降低频谱旁瓣和峰均比。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体地说，是一种联合抑制OFDMA系统频谱旁瓣和峰值平均功率比的预编码方法。

背景技术

多载波通信系统将高速串行数据流通过串并转换为多个低比特速率的并行子数据流，从而构成多个并行的低速率符号的多载波通信系统，相比传统单载波通信系统，只会有少部分子信道信号受到衰落的影响，故能有效抵抗频率选择性衰落。OFDM是一种多载波调制技术，能有效对抗频率选择性衰落，且各子载波相互正交，载波间相互重叠而不会相互干扰，从而节省频谱带宽，最大限度的提高频谱资源利用率。

OFDMA是基于OFDM的一种多址接入技术，OFDMA技术继承了OFDM技术抗复杂时变信道衰落的优点，但也继承了OFDM技术固有的两个不足：频谱带外(OOB，Out-of-band)旁瓣(带外功率辐射)大和峰值平均功率比(PAPR,Peak-to-Average-Power-Ratio)高。

在OFDMA系统中，频谱带外旁瓣表现为某一用户对应数据子载波段对相邻子载波频带内的带外功率辐射，导致多址用户通信干扰。将子频带带外功率辐射定义为工作频带内子频带带外功率辐射(IBOSB，In-Band Out-Of-SubBand)。IBOSB大会干扰相邻用户信道；PAPR大则信号超出功率放大器(HPA，High Power Amplifier)的线性工作范围，导致信号非线性失真。IBOSB和PAPR问题均会影响通信系统的性能，限制甚至阻碍OFDMA技术的实际应用。

目前针对OOB抑制和PAPR降低的研究较多，但针对OOB和PAPR联合抑制的研究较少，现阶段尚未有比较系统的针对OOB和PAPR问题联合控制的研究，且联合抑制的研究大部分为单独抑制OOB方法和降低PAPR方法的简单结合。研究仅仅解决OOB(或PAPR)问题而忽略PAPR(OOB)问题，PAPR(OOB)问题会仍然存在，甚至更糟；仅仅研究PAPR问题，OOB问题会干扰相邻信道；仅仅研究OOB问题，PAPR问题会导致信号超出功率放大器的线性放大范围，导致信号非线性失真，频谱旁瓣再生；因此，确存在研究联合抑制OOB和PAPR问题的必要性。

研究OOB抑制的时域加窗、脉冲成形、相关编码、子载波加权和抑制队列等方法，以及降低PAPR的峰值窗、循环预编码、保留调准、最佳选择性映射、部分传输序列、网格辅助星座子集选择和相关预编码等方法，或是牺牲通信系统比特错误率(接收数据错误率，Biterror rate)性能为代价，或是增加OFDM系统的复杂度为代价，或是增加OFDM系统的计算复杂度为代价，或是增加接收端解码复杂度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种联合抑制OFDMA系统频谱旁瓣和峰均比的预编码方法，设计预编码实现OFDMA系统频谱旁瓣和峰值平均功率比的联合抑制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种联合抑制OFDMA系统频谱旁瓣和峰均比的预编码方法，通过对输入OFDMA系统的初始数据符号预先乘以一个经过优化的矩阵进行预编码，实现OFDMA系统频谱旁瓣和峰值平均功率比的联合抑制；通过对OFDMA系统信号建模并解决多目标优化问题计算出该优化的矩阵。

本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)本发明设计预编码矩阵所遵循的功率不变原则和数据错误率不变原则能够在不影响点到点传输的通信性能的前提下显著降低整个系统的干扰；(2)使用矩阵矢量相乘的形式为OFDMA系统的频谱和峰均功率比建模，具有描述简单、易于优化的优点；(3)通过列交换和列循环方法搜索解决多目标优化问题的矩阵解，具有简单易行、计算复杂度小的优点。