一种降低大规模MU-MIMO-OFDM系统峰均功率比的方法技术方案

本发明专利技术属于无线通信(wireless communication)技术领域，尤其涉及一种利用交替更新(alternating direction method of multiplier)算法来降低大规模MU‑MIMO‑OFDM下行链路的峰均功率比(peak‑to‑average power ratio，PAPR)的算法。本发明专利技术提供一种不需要边信息即可降低大规模MU‑MIMO‑OFDM系统PAPR的方法，并提供较高系统性能。本发明专利技术通过使干扰信号位于信道零空间内，使叠加的干扰信号对系统性能几乎没有什么影响，通过使用交替迭代算法，交替迭代各参数，最终得到该干扰信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信(wireless communication)
，尤其涉及一种利用交替更新(alternating direction method of multiplier)算法来降低大规模MU-MIMO-OFDM下行链路的峰均功率比(peak-to-average power ratio，PAPR)的算法。
技术介绍
OFDM技术是现在无线通信利于应用最广泛的技术之一，已被纳入LTE WiMax等基本所有新兴的无线通信标准中，它具有抗频率选择性衰落能力强，频率利用率高和抗码间干扰能力强等优点可以大幅提高系统的传输速率。然而，由于OFDM各其子载波间相位相互独立，在叠加后信号的波动范围可能会很大，当发射信号具有较大的PAPR时，基站的射频模块需要配备线性的功率放大器，这会增大射频模块的硬件成本，同时也会降低系统的功率效率。当基站配备大规模的发射天线时，其硬件成本和功率效率问题会变得更加严重。因此，在大规模MIMO-OFDM系统中，设计高速有效的PAPR抑制方案尤为重要。对于OFDM系统的PAPR问题，现有的研究工作主要集中在SISO和点对点MIMO两种场景。而对于MU-MIMO的场景，相关的研究工作并不多。在MU-MIMO下，用户间的协同工作非常困难，因此在发射端的PAPR抑制处理对用户端来说最好是透明的(例如无边信息)。这也造成了现有的大多数算法无法拓展到MU-MIMO系统。本专利技术中，将大规模MU-MIMO-OFDM系统下降低PAPR的问题建模为一个优化问题，通过在发射信号上增加一个干扰信号，并利用ADMM算法交替更新各个参数，由于本专利技术将该干扰信位于信道零空间内，这样在发射后即可消除该干扰信号，对接收端几乎没有影响，几乎不会影响系统的性能，并且不需要任何边信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种不需要边信息即可降低大规模MU-MIMO-OFDM系统PAPR的方法，并提供较高系统性能。本专利技术通过使干扰信号位于信道零空间内，使叠加的干扰信号对系统性能几乎没有什么影响，通过使用交替迭代算法，交替迭代各参数，最终得到该干扰信号。基于交替更新的降低大规模MU-MIMO-OFDM系统峰均功率比的方法，包括如下步骤：S1、给定一个大规模MU-MIMO-OFDM下行链路频域信号X，对所述频域信号X行降低PAPR处理，其中，所述降低PAPR处理为：在所述频域信号X上反复叠加一个干扰信号ΔX；S2、设置初始参数：令DMM迭代中的惩罚因子ρ＝0、令利用二分法进行截断的乘法因子λ＝0、令迭代次数t＝0、令初始叠加干扰信号ΔX(0)＝0，计算S1所述X和映射矩阵其中，Hn为信道；S3、进行外层循环，利用二分法对叠加干扰信号后的时域信号Y进行截断，从而更新Y，对m＝1,...,M：其中，xm，分别表示X和ΔX(t)的第m列，为L×N点傅里叶变换，PROXINF为利用二分法对进行截断，λ为二分法中的惩罚因子，从而得到Y(t+1)的第m列；S4、进行ADMM内层循环，具体步骤如下：S41、令D(0)＝ΔX(t)，U(0)＝0,计算A(t+1)＝FLNY(t+1)-X，其中，A(t+1)为经过截断后的频域信号与原始信号X之间的差值，FLN为L×N点逆傅里叶变换，U为ADMM迭代中的拉格朗日乘子，D为ADMM迭代中的ΔX(t)，最终迭代产生的D即为ΔX(t+1)；S42、对于i＝1,...,Imax-1，重复以下递归循环： Z ( i + 1 ) = ( A ( t + 1 ) + ρD ( i ) + U ( i ) ) 1 + ρ , ]]>U(i+1)＝U(i)+ρ(D(i+1)-Z(i+1))，其中，分别表示D，Z，U的第n行，n为中的某一个值，为随机从W个子载波中选取的某些子载波用于传输，W为总的子载波个数，1≤n≤W；S5、最终返回干扰信号并令t＝t+1，若t＜Tmax，则返回步骤S2，否则结束循环。本专利技术的有益效果是：即使通过很少次数的迭代，依旧能有效的降低系统PAPR，只需同时不影响系统的性能。相比于传统的超降低系统PAPR的算法，本专利技术具有更强的实际操作性。附图说明图1为使用本专利技术方法应用于降低PAPR的流程图。图2为大规模MIMO-OFDM系统下行链路框图图3为时域采样、频域子载波下各算法的幅值。图4为PAPR与CCDF的关系、SNR与BER的关系。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术实施用于降低OFDM信号的PAPR，为描述方便，下述实施例将建立以下系统模型来进行说明。MU-MIMO-OFDM系统下行链路的系统框图如图2所示。其中，基站配备有M根发射天线，同一时刻服务的单天线用户数为K，且K＜＜M，OFDM调制的子载波数为N。在频带的两端通常有部分子载波被用作保护间隔，因此N个子载波被分成了两部分：位于集合的载波用于数据传输，位于集合的子载波被用作保护带宽。图1中，Sn∈OK×1为第n个子载波上K个用户的发送信息，Xm∈CN×1为预编码后的频域信息,ΔXm∈CN×1为用来降低PAPR的频域叠加信号，Ym∈CN×1为叠加信号后对应的时域信号。把大规模MU-MIMO-OFDM系统下降低PAPR的问题建模为 min X Σ m | | y m | | ∞ s . t . 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低大规模MU‑MIMO‑OFDM系统峰均功率比的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、给定一个大规模MU‑MIMO‑OFDM下行链路频域信号X，对所述频域信号X行降低PAPR处理，其中，所述降低PAPR处理为：在所述频域信号X上反复叠加一个干扰信号ΔX；S2、设置初始参数：令DMM迭代中的惩罚因子ρ＝0、令利用二分法进行截断的乘法因子λ＝0、令迭代次数t＝0、令初始叠加干扰信号ΔX(0)＝0，计算S1所述X和映射矩阵其中，Hn为信道；S3、进行外层循环，利用二分法对叠加干扰信号后的时域信号Y进行截断，从而更新Y，对m＝1,...,M：其中，xm，分别表示X和ΔX(t)的第m列，为L×N点傅里叶变换，PROXINF为利用二分法对进行截断，λ为二分法中的惩罚因子，从而得到Y(t+1)的第m列；S4、进行ADMM内层循环，具体步骤如下：S41、令D(0)＝ΔX(t)，U(0)＝0,计算A(t+1)＝FLNY(t+1)‑X，其中，A(t+1)为经过截断后的频域信号与原始信号X之间的差值，FLN为L×N点逆傅里叶变换，U为ADMM迭代中的拉格朗日乘子，D为ADMM迭代中的ΔX(t)，最终迭代产生的D即为ΔX(t+1)；S42、对于i＝1,...,Imax‑1，重复以下递归循环：Z(i+1)=(A(t+1)+ρD(i)+U(i))1+ρ,]]>U(i+1)＝U(i)+ρ(D(i+1)‑Z(i+1))，其中，分别表示D，Z，U的第n行，n为中的某一个值，为随机从W个子载波中选取的某些子载波用于传输，W为总的子载波个数，1≤n≤W；S5、最终返回干扰信号ΔX(t+1)＝D(Imax)，并令t＝t+1，若t＜Tmax，则返回步骤S2，否则结束循环。...

【技术特征摘要】
1.一种降低大规模MU-MIMO-OFDM系统峰均功率比的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、给定一个大规模MU-MIMO-OFDM下行链路频域信号X，对所述频域信号X行降低PAPR处理，其中，所述降低PAPR处理为：在所述频域信号X上反复叠加一个干扰信号ΔX；S2、设置初始参数：令DMM迭代中的惩罚因子ρ＝0、令利用二分法进行截断的乘法因子λ＝0、令迭代次数t＝0、令初始叠加干扰信号ΔX(0)＝0，计算S1所述X和映射矩阵其中，Hn为信道；S3、进行外层循环，利用二分法对叠加干扰信号后的时域信号Y进行截断，从而更新Y，对m＝1,...,M：其中，xm，分别表示X和ΔX(t)的第m列，为L×N点傅里叶变换，PROXINF为利用二分法对进行截断，λ为二分法中的惩罚因子，从而得到Y(t+1)的第m列；S4、进行ADMM内层循环，具体步骤如下：S41、令D(0)＝ΔX(t)，U(0)＝0,计算A(t+1)＝FLNY(t+1)-X，其中，A(t+1)为经过截断后的频域信号与原始信号X之间的差值，FLN为L×N点逆傅里叶变换，U为ADMM迭代中的拉格朗日乘子，D为ADMM迭代中的ΔX(t)，最终迭代产生的D即为ΔX(t+1)；S42、对于i＝1,...,Imax-1，重复以下递归循环： Z ( i ...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俊，崔星星，包恒耀，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51