[发明专利]基于半正定规划技术的OFDM信号峰平比抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线技术领域，涉及正交频分复用技术OFDM，具体的说是通过应用半正定规划技术优化OFDM频域符号，用于降低OFDM信号的峰平比，提高系统功率效率。

背景技术

在无线发射系统中功率放大器(以下简称功放)是不可缺少的部件，其输入输出特性曲线具有非线性的特点。将功放输入输出特性曲线上饱和点回退2-3dB使输入信号产生很小非线性失真的区域称为线性工作区域；而将逼近饱和点使输入信号产生明显非线性失真的区域称为非线性工作区域。当功放工作在非线性区域时，功放功率效率较高但放大信号会产生明显的非线性失真；当工作在线性区域时，功放效率较低但信号失真度小。因而在无线通信应用中提高功率效率和减小由于功放非线性特性而产生的信号失真，常常表现为一对不易调和的矛盾。

由于具有频谱利用率高、抗多径能力强等优点，OFDM技术被多种无线通信标准采纳作为物理层核心传输技术。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。

常规的抑制OFDM信号PAPR的方法有重复剪切滤波RCF，编码Coding，部分序列传输法PTS，选择性映射SLM，交织Interleaving，载波预留TR，动态星座扩展ACE等。但是常规方法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；编码Coding往往受到编码效率和解码复杂度的限制，使得应用范围受到限制；部分序列传输法PTS和选择性映射SLM最大的缺点是必须占用一些载波专门发送边带信息，使得频带效率降低；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。表1列出了这些方法的主要特征。

表1常规OFDM信号PAPR抑制方法比较