[发明专利]基于ADMM的低复杂度多载波调制信号峰均比抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于ADMM的低复杂度多载波调制信号峰均比抑制方法，属于无线通信领域，方法包括：对多载波调制系统信号发射频域中的各个子载波引入相移；通过过采样得到时域的波形并对峰均比进行数学建模得到优化问题；在优化问题的拉格朗日函数中，固定相位因子和拉格朗日乘子，然后对优化目标进行优化；固定这个优化问题的优化目标和拉格朗日乘子后利用快速傅里叶变换FFT对相位因子进行优化；根据优化后的优化目标和相位因子以及约束条件更新拉格朗日乘子，反复迭代直至收敛，通过优化后的相位因子进行该多载波调制的峰均比优化。本发明的峰均比抑制方法峰均比优化效果好，且计算复杂度低。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于ADMM的低复杂度多载波调制信号峰均比抑制方法。

背景技术

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM(Multi Carrier Modulation)多载波调制的一种。通过频分复用实现高速串行数据的并行传输，它具有较好的抗多径衰落的能力，能够支持多用户接入。OFDM技术由多载波调制发展而来，是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于IFFT和FFT来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案，在4G和5G通信中具有极其重要的地位。

OFDM系统能够提供更大的覆盖范围、更好的传输质量、更高的数据速率和频谱效率。然而，由于OFDM符号是由多个独立经过调制的子载波信号叠加而成的，当各个子载波相位相同或者相近时，叠加信号便会受到相同初始相位信号的调制，从而产生较大的瞬时功率峰值，由此进一步带来较高的峰值平均功率比(PAPR—Peak to Average Power Ratio)，简称峰均比(PAPR)。由于一般的功率放大器的动态范围都是有限的，所以峰均比较大的OFDM信号极易进入功率放大器的非线性区域，导致信号产生非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能严重下降。高峰均比已成为OFDM的一个主要技术阻碍。因此如何有效地将OFDM系统的PAPR降低即通过各种算法实现目标峰均比的优化是一个值得关注和比较关键的问题。

发明内容

本发明提供一种基于ADMM的低复杂度多载波调制信号峰均比抑制方法，该方法能够达到直接优化峰均比的效果，以解决现有峰均比优化往往不直接优化峰均比，而是将其作为约束条件，对峰均比优化造成的信号失真等进行优化且时间复杂度过高的技术问题。

本发明第一方面实施例提供一种基于ADMM的低复杂度多载波调制信号峰均比抑制方法，包括以下步骤：分别为多载波调制系统信号发射频域中的多个子载波增加初始相位，并合成增加初始相位后的所述多个子载波，得到时域波形；

对所述时域波形进行过采样，利用增加的多个初始相位组成相位因子，并根据所述相位因子进行数学建模得到待优化问题；

获取由优化目标、所述相位因子和拉格朗日乘子组成的所述待优化问题的拉格朗日函数，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，对所述优化目标进行优化，并利用优化后的优化目标更新所述拉格朗日函数；

固定所述优化后的优化目标和所述拉格朗日乘子，利用快速傅里叶变换计算出所述拉格朗日函数中所述相位因子的梯度，搜索出最佳步长后利用梯度下降法对所述相位因子进行优化，利用优化后的相位因子更新所述拉格朗日函数；

根据优化目标、所述优化后的相位因子及拉格朗日乘子的约束条件更新所述拉格朗日乘子，通过对所述待优化问题的拉格朗日函数中的所述优化目标、所述相位因子和所述拉格朗日乘子进行多次迭代更新，直至满足迭代终止条件输出最优相位因子，并利用所述最优相位因子优化多载波调制系统信号发射频域中的所述多个子载波的峰均比。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述时域波形为：