一种降低MIMO-OFDM信号峰均比的预处理方法
本发明涉及一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法。
背景技术：
1、多输入多输出(multi input multi output,mimo)技术被认为是5g中关键技术之一，大规模天线阵列技术可以适配mimo系统，从而提升无线信道的空间自由度，带来更高的数据速率和传输可靠性。正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,ofdm)是重要的多载波调制技术，通过分解宽带信道变为几个独立的窄带信道，可以很好的解决频率选择性衰落问题。将ofdm技术与mimo系统相结合可以发挥二者的优势，实现更快的通信速率、更高的频谱利用率，此系统已经被认定为是未来几代无线通信中可靠的技术。
2、但ofdm技术作为一种多载波调制技术，将多个正交的子载波叠加在一起，会导致基站发射信号的包络具有较大的动态波动，从而导致信号具有较高的峰值平均功率比。高峰均比信号通常需要经过线性功率放大器进行传输，然而线性功放的价格十分昂贵且工艺要求更高，这会产生较高的硬件花费。而若让高峰均比信号经过非线性功率放大器又会产生严重的非线性失真，由此会导致信号畸变，进而导致系统性能的严重恶化。j.tellado提出的预留子载波技术(tone reservation,tr)可以用于降低各天线的峰均比(papr)，但其papr抑制效果不明显且数据传输速率会明显降低；b.s.krongold和d.l.jones提出的主动星座扩展(active constellation extension,ace)算法可以通过多次迭代显著降低单天线系统的峰均比。然而ace用于mimo-ofdm系统中不仅需要在每次迭代过程中进行波束赋形及其逆变换，而且收敛速度慢，这会带来高计算复杂度。因此我们需使用收敛更快，计算复杂度更低的方法来降低多用户mimo-ofdm系统的峰均比。
技术实现思路
1、本发明的目的是提出一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，能够在保证ber性能的同时极大地减少计算复杂度。
2、本发明通过以下技术方案实现：
3、一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，包括如下步骤：
4、步骤s1、将输入信号sog进行星座点预扩展后得到信号s，并通过波束赋形得到每根天线上的频域信号，其中，第m根天线上的频域信号表示为xm；
5、步骤s2、将频域信号xm经快速傅里叶逆变换得到对应的时域信号xm；
6、步骤s3、将时域信号xm进行初次峰值抵消并得到峰值抵消序列ym，根据该峰值抵消序列ym计算预留子载波集处承载的峰值抵消频域信号并对该峰值抵消频域信号对应的时域信号cm做最小二乘近似以获取最优放大系数将利用该最优放大系数放大后的时域信号与时域信号xm相加后即得到最终的峰值抵消后的时域信号
7、步骤s4、将峰值抵消后的时域信号进行一次削波处理，并做傅里叶变换至频域，并对该频域信号进行波束赋形逆变换后进行星座修正；
8、步骤s5、将步骤s4得到的信号输入至mimo系统中，得到各天线的发射信号，判断是否满足峰均比的要求，若满足，则直接发射，否则，返回步骤s1进行迭代。
9、进一步的，所述步骤s1中，输入信号sog为根据原始信息序列进行qam调制后的频域序列。
10、进一步的，所述步骤s2中，根据公式进行快速傅里叶逆变换得到对应的时域信号xm，其中，xm(n),n＝0,1,...,n-1为第m根天线上的时域信号。
11、进一步的，所述步骤s3中，确定需抵消的峰值信号的数量l，将这l个峰值信号的幅度降为幅度a，该幅度a为仅次于该l个峰值信号中最小幅度信号的信号的幅度，则得到峰值抵消序列ym为:其中，n＝0,1,...,n-1。
12、9、进一步的，所述步骤s3中，通过最小二乘法计算峰值抵消频域信号其中，为对应预留子载波位置的快速傅里叶逆变换矩阵，其中，为预留子载波集中各子载波的位置信息。
13、进一步的，所述步骤s3中，根据如下公式获取最优放大系数并根据公式对时域信号序列cm进行放大，其中，为当ym(n)≠0时n的取值集合，cm(n)为时域信号序列cm的第n个数据。
14、进一步的，所述步骤s4中，根据公式对时域信号进行一次削波处理，其中，a′为削波门限，ejφ(n)为xm(n)的相位。
15、进一步的，所述步骤s4中，根据公式进行波束赋形逆变换，其中，w+为波束赋形矩阵的伪逆矩阵，为一次削波处理后的时域信号经傅里叶变换后的频域信号。
16、本发明具有如下有益效果：
17、1、本发明基于最小二乘近似对一种简化的tr算法进行改进，并利用该改进预先降低mimo-ofdm信号的峰均比，相比于传统tr算法能够利用更少的预留子载波完成相同的峰均比抑制效果，然后对传统ace算法进行优化，采用预扩展原始星座点的方法，极大地加快了算法收敛的速度、增强了每次迭代中对峰均比的抑制效果；根据本发明的预处理方法，进行一次预处理即可获得良好的峰均比抑制效果，相当于传统ace算法迭代8次所达到的papr抑制效果，而通常来讲，只需要按照本发明的预处理方法迭代两次，就可以达到期望的papr抑制效果，而传统ace算法往往要迭代30次之多，可见本发明能够在保证ber性能的同时极大地减少计算复杂度。
技术特征：
1.一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，其特征在于：所述步骤s1中，输入信号sog为根据原始信息序列进行qam调制后的频域序列。
3.根据权利要求2所述的一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，其特征在于：所述步骤s2中，根据公式进行快速傅里叶逆变换得到对应的时域信号xm，其中，xm(n),n＝0,1,...,n-1为第m根天线上的时域信号。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，其特征在于：所述步骤s3中，确定需抵消的峰值信号的数量l，将这l个峰值信号的幅度降为幅度a，该幅度a为仅次于该l个峰值信号中最小幅度信号的信号的幅度，则得到峰值抵消序列ym为:其中，n＝0,1,...,n-1。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，其特征在于：所述步骤s3中，通过最小二乘法计算峰值抵消频域信号其中，为对应预留子载波位置的快速傅里叶逆变换矩阵，其中，为预留子载波集中各子载波的位置信息。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，其特征在于：所述步骤s3中，根据如下公式获取最优放大系数并根据公式对时域信号序列cm进行放大，其中，为当ym(n)≠0时n的取值集合，cm(n)为时域信号序列cm的第n个数据。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，其特征在于：所述步骤s4中，根据公式对时域信号进行一次削波处理，其中，a′为削波门限，ejφ(n)为xm(n)的相位。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种降低mimo-ofdm信号峰均比的预处理方法，其特征在于：所述步骤s4中，根据公式进行波束赋形逆变换，其中，w+为波束赋形矩阵的伪逆矩阵，为一次削波处理后的时域信号经傅里叶变换后的频域信号。
技术总结
本发明提供一种降低MIMO‑OFDM信号峰均比的预处理方法，包括：步骤S1、将S<subgt;og</subgt;进行星座点预扩展，并进行波束赋形；步骤S2、得到频域信号X<subgt;m</subgt;对应的时域信号x<subgt;m</subgt;；步骤S3、得到峰值抵消序列y<subgt;m</subgt;，根据该峰值抵消序列y<subgt;m</subgt;计算预留子载波集处承载的峰值抵消频域信号并对对应的时域信号c<subgt;m</subgt;做最小二乘近似以获取最优放大系数并得到最终的峰值抵消后的时域信号步骤S4、将进行一次削波处理，并做傅里叶变换至频域，并对该频域信号进行波束赋形逆变换后进行星座修正；步骤S5、将信号输入至MIMO系统中，得到各天线的发射信号，判断是否满足峰均比的要求以确定直接发射或者再次迭代。本发明能够在保证BER性能的同时极大地减少计算复杂度。
技术研发人员：郑重,费泽松,于伟华,张淅
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23