基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法、装置、系统及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法、装置、系统及存储介质，属于无线通信技术领域，包括：获取MIMO

【技术实现步骤摘要】
基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法、装置、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法、装置、系统及存储介质，属于无线通信


技术介绍

[0002]正交频分复用(OFDM)是应对宽带无线通信系统中频率选择性衰落的有效方法，也是4G、5G关键技术之一。然而，由于OFDM各个子载波相位相互独立，易受到高峰值平均功率比(PAPR，峰均比)的影响。过高的PAPR可能导致线性射频元件(例如功率放大器)工作于非线性放大区间。这不但会导致信号失真和带外辐射，而且导致系统能耗过大，而后者目前已经成为制约通信产业发展的重要问题。4G通信系统中，中频削峰算法是控制PAPR一类主要方案，然而，中频削峰算法通常以牺牲信号的误差矢量幅度(EVM)指标来换取信号输出PAPR的降低，尤其在高阶调制方式下，中频削峰的局限性越来越明显。此外，随着5G系统迅速普及与发展，低频、高频对通信系统带宽定义越来越宽，发射通道数也越来越多，中频削峰算法的应用碰到了越来越多的瓶颈。为了不影响系统设备的整体效率，我们期望寻求更多的途径和方法降低信号的峰均比。围绕OFDM系统，研究如何利用符号级预编码改善多用户多输入多输出(MU
‑
MIMO)系统中PAPR控制问题。
[0003]大规模天线作为5G无线系统物理层关键技术之一，已经逐步从学术界走向产业界，并进入大量部署阶段。天线规模增加导致射频通道数量也随之增加。从成本控制角度出发，期望每个通道采用更加廉价的射频器件，包括采用更廉价的高功率放大器(HPA)，这可能导致其具有更小的线性工作区间。而从降低系统运行功耗角度出发，又期望每个放大器工作在线性工作区域。上述矛盾会随着天线规模的增加不断恶化，从而对高功率放大器设计带来极其严峻的挑战。因此，在5G系统中，尤其是大规模MIMO系统中，降低发射机PAPR成为唯一可行的方案。
[0004]目前，针对在单输入单输出正交频分复用(SISO
‑
OFDM)无线系统，研究人员已经发展了许多PAPR控制技术。其中，较为著名的技术包括幅度裁剪、裁剪滤波、子载波保留(TR)、子载波注入(TI)、主动星座扩展(ACE)，以及多重信号表示技术(如部分发射序列(PTS)、选择映射(SLM)和交错等)。这些技术以传输信号功率增加、误码率(BER)增加、数据速率损失、计算复杂度增加等为代价，实现PAPR的降低。上述PAPR控制技术虽可以很容易地扩展到点对点MIMO系统。但是，难以直接扩展用于5G MU
‑
MIMO系统。主要原因是在MU
‑
MIMO系统中，发射机需利用预编码技术消除用户间干扰(MUI)。PAPR控制和MUI消除两类不同目标的相互耦合，大大增加了发射机设计难度。因此，在实际的MIMO
‑
OFDM系统中，存在峰均比较高，难以抑制的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法、装置、系统及
存储介质，解决现有技术中难以抑制MIMO
‑
OFDM系统中峰均比的问题。
[0006]为实现以上目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供了基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法，包括：
[0008]获取MIMO
‑
OFDM系统的下行链路模型，基于所述下行链路模型建立用户接收的频域信号模型；
[0009]获取MIMO
‑
OFDM系统的已知信道状态信息，根据所述已知信道状态信息建立符号级预编码方案；
[0010]基于所述符号级预编码方案将峰均比抑制问题形式化和等价转换，得到目标函数；
[0011]基于Dinkelbach算法对目标函数进行求解，在求解过程中结合预设的PDD算法，在所述PDD算法中结合预设的mAPG算法，最终得到目标函数的最优解；
[0012]根据所述最优解计算峰均比最小值，根据所述峰均比最小值对MIMO
‑
OFDM系统进行优化，实现峰均比抑制。
[0013]结合第一方面，进一步的，所述频域信号模型为：
[0014][0015]其中，是K个用户在第w个OFDM子载波上的接收信号，是K个用户在第w个OFDM子载波上的接收信号，是K个用户在第w个OFDM子载波上的接收信号，至分别是第1至第K个用户在第w个OFDM子载波上的接收信号，表示发送信号，N表示基站天线数，表示MIMO
‑
OFDM系统的信道矩阵，OFDM系统的信道矩阵，表示高斯白噪声且服从分布σ2表示噪声方差，0表示零向量，I表示单位向量，w是OFDM子载波的索引，W代表OFDM总子载波数，表示复数域，[.]T
表示对矩阵的转置运算。
[0016]结合第一方面，进一步的，所述获取MIMO
‑
OFDM系统的已知信道状态信息，根据所述已知信道状态信息建立符号级预编码方案，包括：
[0017]当发送给用户k的数据符号从M
‑
PSK星座图中抽取，得到：
[0018][0019]其中，表示M
‑
PSK星座图所有数据符号的集合，e为自然常数，j表示复数相位部分标识，m表示第m个M
‑
PSK星座图符号，M表示PSK星座图阶数，表示等价于；
[0020]定义第一中间变量记SINR
k
为用户k接收信号的SINR约束并记其中，表示复数域，W代表OFDM总子载波数，N表示基站天线数，t
k
表示用户k接收到的SINR的度量，σ表示噪声方差的平方根；
[0021]利用基本线性代数符号级预编码方案表示为：
[0022][0023]其中，表示发送信号，[.]T
表示对矩阵的转置运算，和表示复数的实
部和虚部，(.)
*
表示共轭运算，(.)
H
表示共轭转置运算，|.|表示取模运算，为信道矩阵的第k行，为的第w列，是W维离散傅里叶变换矩阵，w是OFDM子载波的索引，cot表示余切函数。
[0024]结合第一方面，进一步的，所述基于所述符号级预编码方案将峰均比抑制问题形式化和等价转换，得到目标函数，包括：
[0025]将峰均比抑制问题形式化，得到第一问题：
[0026][0027][0028]t≥t0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0029][0030]其中，(P1)表示第一问题，min表示最小化运算，s.t.表示约束条件，||.||
∞
表示无穷范数，表示第一中间变量，t表示SINR的度量，和表示复数的实部和虚部，(.)
*
表示共轭运算，(.)
H
表示共轭转置运算，|.|表示取模运算，为信道矩阵的第k行，为的第w列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法，其特征在于，包括：获取MIMO
‑
OFDM系统的下行链路模型，基于所述下行链路模型建立用户接收的频域信号模型；获取MIMO
‑
OFDM系统的已知信道状态信息，根据所述已知信道状态信息建立符号级预编码方案；基于所述符号级预编码方案将峰均比抑制问题形式化和等价转换，得到目标函数；基于Dinkelbach算法对目标函数进行求解，在求解过程中结合预设的PDD算法，在所述PDD算法中结合预设的mAPG算法，最终得到目标函数的最优解；根据所述最优解计算峰均比最小值，根据所述峰均比最小值对MIMO
‑
OFDM系统进行优化，实现峰均比抑制。2.根据权利要求1所述的基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法，其特征在于，所述频域信号模型为：其中，是K个用户在第w个OFDM子载波上的接收信号，是K个用户在第w个OFDM子载波上的接收信号，至分别是第1至第K个用户在第w个OFDM子载波上的接收信号，表示发送信号，N表示基站天线数，表示MIMO
‑
OFDM系统的信道矩阵，OFDM系统的信道矩阵，表示高斯白噪声且服从分布σ2表示噪声方差，0表示零向量，I表示单位向量，w是OFDM子载波的索引，W代表OFDM总子载波数，表示复数域，[.]
T
表示对矩阵的转置运算。3.根据权利要求1所述的基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法，其特征在于，所述获取MIMO
‑
OFDM系统的已知信道状态信息，根据所述已知信道状态信息建立符号级预编码方案，包括：当发送给用户k的数据符号从M
‑
PSK星座图中抽取，得到：其中，S表示M
‑
PSK星座图所有数据符号的集合，e为自然常数，j表示复数相位部分标识，m表示第m个M
‑
PSK星座图符号，M表示PSK星座图阶数，表示等价于；定义第一中间变量记SINR
k
为用户k接收信号的SINR约束并记其中，表示复数域，W代表OFDM总子载波数，N表示基站天线数，t
k
表示用户k接收到的SINR的度量，σ表示噪声方差的平方根；利用基本线性代数符号级预编码方案表示为：其中，表示发送信号，[.]
T
表示对矩阵的转置运算，和表示复数的实部和虚部，(.)
·
表示共轭运算，(.)
H
表示共轭转置运算，|.|表示取模运算，为信道矩阵
的第k行，为的第w列，是W维离散傅里叶变换矩阵，w是OFDM子载波的索引，cot表示余切函数。4.根据权利要求1所述的基于符号级预编码方案的峰均比抑制方法，其特征在于，所述基于所述符号级预编码方案将峰均比抑制问题形式化和等价转换，得到目标函数，包括：将峰均比抑制问题形式化，得到第一问题：将峰均比抑制问题形式化，得到第一问题：t≥t0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，(P1)表示第一问题，min表示最小化运算，s.t.表示约束条件，||.||
∞
表示无穷范数，表示第一中间变量，t表示SINR的度量，和表示复数的实部和虚部，(.)
*
表示共轭运算，(.)
H
表示共轭转置运算，|.|表示取模运算，为信道矩阵的第k行，为的第w列，是W维离散傅里叶变换矩阵，w是OFDM子载波的索引，cot表示余切函数，表示发送给用户k的数据符号，M表示PSK星座图阶数，t0≥0，t0为与预设SINR的度量，||.||2表示二范数，P
T
为发射功率上限；将第一问题进行等价转换，得到目标函数，包括：定义：定义：定义：定义：定义：定义：定义：其中，vec(.)表示将矩阵向量化，为向量化的结果，a表示将的实部和虚部组成的向量，表示信道符号信息向量，表示克罗内克积运算，I
KW
表示KW维单位方阵，将所有的向量组成矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡曙，林远忠，张军，张琦，王海荣，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：