[发明专利]基于交替方向乘子法的OFDM峰均比抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于交替方向乘子法的OFDM峰均比抑制方法，解决现有降低OFDM峰均比优化方法计算复杂度高的问题。实现方案包括：以频域OFDM信号数据载波干扰为目标函数，峰均比和自由载波功率为约束条件，建立非凸的优化模型；用交替方向乘子法ADMM参与优化过程，求最优解，优化过程包含两个方案，方案1直接利用ADMM方法进行求解，若收敛则可保证收敛到优化模型的KKT点。方案2对优化模型进行了松弛得到松弛模型，保证收敛，并且在参数选择适当的情况下无限逼近优化模型的KKT点。与现有的峰均比抑制方法比，本发明可以得到更小且恒定的峰均比值，提高了系统误码性能，降低了计算复杂度，用于通信技术领域，以提高通信系统信号的传输质量。

技术领域

本发明属于通信领域，特别涉及适用于正交频分复用OFDM的发送端技术，具体是一种基于交替方向乘子法的OFDM峰均比抑制方法，可用于无线通信领域。

背景技术

正交频分复用OFDM是一种重要的多载波调制技术，由于其具有较高的频谱利用率以及抵抗多径衰落的能力，OFDM在现代无线通信系统中得到了非常广泛的应用。然而，由于OFDM是一个多载波调制方式并且不同载波的数据是独立的，频域载波相位相同或者相近会导致时域信号峰值较大，出现较高的峰均比。但是发射机的功率放大器是功率受限的，较大的峰均比会导致功率放大器进入非线性饱和区，使信号出现带内干扰和带外辐射。

为了解决这一问题，学者们提出一系列的降低峰均比的方法，在这些方法中，重复切割滤波技术RCF是最简单的方法，它的计算复杂度最低。该方法通过引入干扰信号，使OFDM信号逼近确定的PAPR阈值。但是经典的RCF方法和它的一些变形无法满足更复杂的系统要求，例如使自由载波的功率低于某一门限或者使信号干扰达到最小，这些要求RCF均无法满足。

在此基础上，优化方法在近几年得到了广泛的应用，用优化方法降低OFDM信号的峰均比，可以使系统参数达到最优。典型的优化方法，例如二阶锥规划和半正定规划得到了广泛的研究和使用。最开始应用二阶锥规划方法的是Aggarwal，他的模型中，目标函数是最小化时域信号的峰值，约束条件为误差矢量幅度和自由载波功率，Aggarwal证明该模型具有全局最优解，但是它的计算复杂度较高，约为O(N³)。在此之后，不同的二阶锥规划方法被提出用来降低OFDM的峰均比。半正定规划是另一种重要的优化方法，Yongchao Wang等利用这一方法，对非凸的二次优化模型进行了松弛，优化后的OFDM信号具有恒定的峰均比，同时得到较优的系统误码率，但是它的计算复杂度也较高。

这些方法可以有效降低OFDM信号的峰均比，同时得到较优的系统误码率，但是它们的计算复杂度比较高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种复杂度低峰均比更小的基于交替方向乘子法ADMM的OFDM峰均比抑制方法。

本发明是一种基于交替方向乘子法的OFDM峰均比抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对输入的OFDM信号进行调制，得到频域信号c；

(2)对频域信号c进行串并变换后进行lN点傅里叶逆变换，得到时域信号x；

(3)对频域信号c和时域信号x用两种优化方案中的方案之一进行优化，方案1为用直接模型进行优化，方案2为用松弛模型进行优化。

(3.1)方案1：以数据载波干扰为目标函数，峰均比和自由载波功率为约束条件，建立非凸的直接模型，将ADMM方法直接应用到直接模型中，对频域信号c和时域信号x分别进行求解，最终得到该模型的最优解。

(3.2)方案2：以数据载波干扰为目标函数，峰均比和自由载波功率为约束条件的基础上引入两个辅助变量，第一辅助变量u和第二辅助变量w，将u＝w作为惩罚项加到目标函数中，建立非凸的松弛模型，继而将ADMM方法应用到松弛模型中，对频域信号c、时域信号x、辅助变量u和w分别进行求解，最终得到模型的最优解。