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专利号: 2021114102316
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、设定系统模型各项参数,定义用于数据传输的子载波集合以及信号向量dn;

S2、设计信号向量dn,对信号向量dn进行处理得到频域发射信号,通过频域发射信号获取到时域发射信号;

S3、采用添加抑制信号模块来抑制发射信号的频谱旁瓣和降低PAPR:对时域发射信号填加循环前缀,然后对处理完的时域发射信号添加抑制信号模块,得到发射信号;

S4、降低PAPR:采用PAPR来衡量发射信号的波动,PAPR表示信号功率的峰值与均值之比,采用互补累积分布函数衡量PAPR;

所述PAPR的表达式如下:

其中,||·||∞表示无穷范数,||·||2表示2范数,E{·}表示期望运算;

S5、将降低频带干扰、抑制PAPR和抑制信号的功率约束联合成优化问题,并利用设计好的交替方向乘子算法求解该优化问题;

S5.1、设计优化模型,联合执行降低频带干扰、抑制PAPR和抑制信号的功率约束:相邻频带中的干扰表示为:

其中, 表示信息数据的带外功率辐射, 表示抑制信号的带外功率辐射;

S5.2、将公式(2)、(4)以及抑制信号功率约束整合到一起,将系统描述为如下优化问题:s.t.PAPR(y)

y=x+Ps (5)

S5.3、用均方误差 代替‖Fd+Fss‖2,获得以下优化问题:y=x+Ps (6)

其中,α表示峰均比约束,ε表示矢量s的功率约束,并且α>1,ε>0;

S5.3.1、将LADMM算法直接应用于模型(6),得到LADMM模型:其中,Lε是上述模型的增广拉格朗日函数, 是拉格朗日乘子,k是迭代次数;模型(7)的增广拉格朗日函数可以表示为:其中,ε>0表示惩罚参数;

S5.3.2、建立信号s的求解模型,根据模型(7)的增广拉格朗日函数,得到信号s的求解模型:S5.3.3、建立信号y的求解模型,根据模型(7)的增广拉格朗日函数,得到信号y的求解模型:S5.3.4、更新拉格朗日乘子u,利用拉格朗日乘子再更新求解信号s和信号y;

步骤S5.3.2中信号s的模型求解过程为:首先将(9)中的约束去掉,考虑无约束的问题,利用近似法得到:对其求导等于零,化简得出s的表达式如下:其中, 回到(9)中,利用

k+1

投影,将所得解投影到可行解上,得到s 的更新表达式为:步骤S5.3.3中信号y的模型求解过程为:引入辅助变量t和a表示y=ta,其中t>0且 将其代入(10)可得到k k+1 k k+1

其中b=x+Ps ‑u/ρ;由于t是实数,它的取值不影响a ;所以从(14)中去掉t,利用k+1(15)来求解a ;

进一步将(15)中的约束条件进一步转化为一个不等式约束,并建立一个等价的优化式子(16);因为(16)的最优解是在约束取等号时取到的,所以二者等价;

k

由于求解(16)的复杂度依旧较高,所以引入约束 拉格朗日乘子Υ >0,将(16)重写为:因为(17)中的问题和约束可以分别处理,所以将(17)化简为如下N+L个子问题:将目标梯度设为零,然后将相应方程的解投影到可行解上,就可以得到模型的最优解如下:k* k+1 k

上式(19)中最优的拉格朗日乘子Υ 利用二分法求得;然后利用a 代入(14)中得到t+1 k+1H k k+1 k+1 k+1=max{0,Re(a b)};最后把a 和t 代入y=ta,得到y 。

2.根据权利要求1所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法,其特征在于,所述步骤S1具体为:S1.1、设定一个单链路OFDM系统,该系统由在瑞利信道上进行通信的发射机和接收机组成;

S1.2、为了便于分析且不失一般性,假设一个相邻用户,在OFDM系统的传输频带内跨越K个子载波的带宽上进行操作;因此,OFDM发送器/接收器对应控制其传输,以使对该相邻用户的干扰最小;

S1.3、假设子载波的总数为N,相邻用户跨越频带中{i+1,...,i+K}个子载波是无效的;

剩余的Nd个数据子载波{1,...,i}∪{i+K+1,...,N},通过包含在向量中的一组QAM符号进行调制。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法,其特征在于,所述步骤S2具体为:S2.1、将剩余Nd个数据子载波进行串并转换,变为并行数据;

S2.2、进行映射操作,对跨越的K个数据进行处理,使频域发射信号dn重新变为S2.3、获得的频域信号dn再对其进行IDFT,得到时域发射信号。

4.根据权利要求1或2所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法,其特征在于,所述步骤S3具体为:S3.1、对于步骤S2中得到的时域发射信号添加CP,得到的时域OFDM信号将以矢量形式T H H表示为x=[x1,...,xN+L]=AF Md;其中 是添加CP矩阵,F是N点离散傅里叶逆变换矩阵, 是子载波映射矩阵;

S3.2、在发射信号上添加时域抑制信号c,其中H

S3.3、将抑制信号表示为c=Ps,发射端的信号就变成t=x+c=AFMd+Ps,其中S3.4、接收器收到的频域信号向量表示为:r=Ht+n,其中,r是接收信号向量,H表示OFDM的信道矩阵,n是独立同分布的复高斯噪声,其每个分量的均值为0,方差为N0;

S3.5、对于一个给定的频域信号 OFDM调制后的基带发射信号表示为:其中, T为OFDM符号时间,Δf为子载波频率间隔,N为子载波数。

5.根据权利要求1所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法,其特征在于,所述步骤S4中互补累积分布函数表示为:‑α N

CCDF(α)=Pr{PAPR>α}=1‑(1‑e ) (3)其中,α表示PAPR的门限值。

6.一种计算机存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1‑5中任一项所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法。

7.一种计算机设备,包括储存器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1‑5中任一项所述的一种适用于降低OFDM系统峰均比的低复杂度方法。