MIMO-OFDM系统中峰均比及带外辐射的抑制方法

技术特征：
1.mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：选定某个星座集配置用户数据；s2：将用户数据进行预编码操作并进行ofdm调制；s3：将处理后的频域信号进行离散傅里叶逆变换得到时域发射信号；s4：通过设计好的admm-based算法模块对时域发射信号进行处理，得到处理后的时域发射信号。2.根据权利要求1所述的mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤s1具体为：假定基站配置m根天线，接收端用户数目为k个，ofdm载波数目为n个，其中载波分为数据载波υ和自由载波υ
c
两个部分，数据载波选自某个星座集φ用于传输数据，而自由载波放于频带两端用作频带保护；信息符号向量表示在第n个子载波上传输的包含k个用户的数据，当n∈υ时，信息数据选自星座集φ；而当n∈υ
c
时，设置信息数据为s
n
＝0
k
×1。3.根据权利要求1所述的mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤s2中预编码操作具体为：对用户信息符号进行预编码：其中，p
n
表示第n个子载波的预编码矩阵，为预编码后的信号；对无线信道的上行信道和互易信道进行基于导频基的训练来获得大规模多用户mimo系统发射机的信道状态信息，使用迫零预编码方法可以完全消除接收端多用户之间的干扰，其中迫零预编码矩阵写为：4.根据权利要求3所述的mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤s2的预编码操作中，在传输中，为了避免预编码后信号的传输功率受到数据信号s
n
,和信道状态信息的影响，对预编码信号进行归一化处理，归一化过程写为：5.根据权利要求4所述的mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤s2中ofdm调制的具体过程为：归一化处理后将预编码信号c
n
,重新分配到发射天线上进行ofdm调制：其中，为第m根天线上的频域信号，k为重排序矩阵，重排序矩阵可以写为以下形式：
重排序矩阵中子矩阵i
n,m
是一个维度为n
×
m的子矩阵，其内部元素除了第(m,n)个元素为1外，其余元素都为0。6.根据权利要求1所述的mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：将发射天线上的频域信号进行离散傅里叶逆变换成时域发射信号，即：x
m
＝f
jn
d
m
,m＝1,2,
…
,m
ꢀꢀꢀꢀ
(6)其中，f
jn
为jn
×
jn维矩阵的前n列，为第m根天线上的时域发射信号；接着对时域信号进行并/串转换，为了去除码间干扰，在信号中添加循环前缀，最后将信号通过数模转换器转换成模拟信号，经射频链路传输到无线信道中；在接收端，经射频链路和模数转换器将接收到的信号转换为数字信号，接着去除信号中添加的循环前缀并进行串/并转换，将时域信号进行离散傅里叶变换得到频域信号，则k个用户设备接收到的频域信号可以写为：r
n
＝h
n
c
n
e
n
,n＝1,2,
…
,n
ꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，为第n个载波上的接收信号，为与第n个子载波相关联的mimo信道矩阵，为噪声向量，其元素服从均值为0，方差为n0的复高斯分布。7.根据权利要求1所述的mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤s4中admm-based算法模块的设计方法为：将抑制信号峰均比模型设计为：上述约束中s
n
＝h
n
c
n
,n∈υ是为了去除多用户之间的干扰，同时0
m
×1＝c
n
,n∈υ
c
是为了避免信号产生带外辐射；在模型(8)的基础上加入基站发射功率约束，将模型(8)转换为模型(9)的形式：
将模型(9)简写，其中约束s
n
＝h
n
c
n
,n∈υ和0
m
×1＝c
n
,n∈υ
c
写为一个等式约束写为一个等式约束为块对角矩阵，其主对角块为h
n
,n∈υ和i
m
,n∈υ
c
；将数据载波上的符号和自由载波上的集合写为将向量集合写为根据线性变换k的定义可知kk
t
＝i
mn
，结合模型(9)中的约束可以将预编码处理和ofdm调制联合写为：式中，式中，是块对角矩阵，写为其对角元素为对角元素为也是一个对角矩阵；求解以下优化问题：其中，γ和δ分别代表信号幅度的上界和下界，将约束写为|x
n
|≤γ，模型(11)的优化问题可以写为模型(12)的形式：在模型(12)中加入基站发射功率约束，可以写为模型(13)的形式：引入辅助变量x＝y和x＝z，将模型(13)转换为可以使用admm算法求解的形式：模型(14)的增广拉格朗日函数写为：
对于函数中每个变量的更新公式如下所示：对于函数中每个变量的更新公式如下所示：对于函数中每个变量的更新公式如下所示：对于函数中每个变量的更新公式如下所示：对于函数中每个变量的更新公式如下所示：对于函数中每个变量的更新公式如下所示：对于变量x
j 1
的更新过程如下所示：其中的近端算子写为有对于变量y
j 1
的更新过程如下所示：上式是一个无约束的优化问题，其最优解y
*
应满足对应的梯度值为0，则可以得到变量y
j 1
的更新公式如下：令由线性化展开公式可以得到：将式(25)代入式(23)中，可以得到：
由于上式是一个无约束的优化问题，其最优解y
*
应满足对应的梯度值为0，则可以得到变量y
j 1
的更新公式如下：对于变量z
j 1
的更新过程如下所示：式(28)可以看作到以原点为中心，半径为的欧几里得球的投影，由此可以得到的更新公式：因此形成抑制大规模多用户mimo-ofdm系统下行链路发射信号峰均比的admm-based算法。8.根据权利要求7所述的mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤s4中近端算子的计算包括如下步骤：a1：输入ξ，α；a2：o＝|ξ|；a3：p＝sort(o,'descending')，令p
π(i)
是向量p中第i大的元素；a4：for j＝1,2,...,jnm；a5：计算a6：a7：a8：for j＝1,2,...,jnm；a9：a10：end for；a11：end for；
a12：输出9.根据权利要求7所述的mimo-ofdm系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，其特征在于，所述步骤s4中设计好的admm-based算法的具体形式如下：b1：初始化x1,y1,z1,初始迭代次数设置为k＝1，设置最大迭代次数k；b2：始循环迭代k≤k：1)计算2)计算3)计算4)计算对偶变量5)计算对偶变量6)计算对偶变量7)更新k＝k 1；b3：满足条件结束循环；b4：输出优化后的发射信号x
k 1
。

技术总结
本发明公开了一种MIMO-OFDM系统中峰均比及带外辐射的抑制方法，包括：选定某个星座集配置用户数据；将用户数据进行预编码操作并进行OFDM调制；将处理后的频域信号进行离散傅里叶逆变换得到时域发射信号；通过设计好的ADMM-Based算法模块对时域发射信号进行处理，得到处理后的时域发射信号。本发明在大规模多用户MIMO-OFDM系统的下行链路中对系统的峰均比、带外辐射和带内干扰具有较好的抑制效果，同时具有较低的发射功率增量，更适合在实际系统中进行运用。统中进行运用。统中进行运用。


技术研发人员：王亚军 华磊 刘晟
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2022.07.28
技术公布日：2022/10/11