[发明专利]一种基于惩罚凹凸过程的FBMC信号PAPR降低方法

说明书

本发明提出了一种基于惩罚凹凸过程的FBMC信号PAPR降低方法，该方法包括如下步骤：首先根据FBMC系统的参数构建优化问题，即以发送符号为变量，以数据子载波上的符号形变和自由子载波上的发送功率为约束，最小化一帧FBMC信号的PAPR；其次对优化问题进行等价转化，获得满足惩罚凹凸过程算法框架的等价问题；然后根据基于惩罚凹凸过程的两层迭代算法对优化问题进行求解，其中外层迭代更新惩罚参数，内层迭代固定惩罚参数并根据凹凸过程和块坐标下降法对惩罚问题进行求解；最后输出计算结果，得到拥有较低PAPR的FBMC发送信号；本发明利用了惩罚凹凸过程来优化降低FBMC信号的PAPR，相比于传统的启发式迭代算法，该方法能够在误码率小幅上升的情况下显著降低FBMC信号的PAPR。

技术领域

本发明涉及一种FBMC信号PAPR降低方法，尤其涉及在发送信号满足一定形变约束的情况下，利用惩罚凹凸过程来最小化一帧FBMC信号PAPR的方法。

背景技术

FBMC是一种基于脉冲成型，也即子载波滤波的多载波调制方式。根据Heisenberg-Gabor不确定性原理，一个脉冲的时域和频域宽度无法同时减小。为了降低带外频谱泄露，FBMC采用频域宽度较窄的成型脉冲，而相应的脉冲时域宽度会增大。FBMC所采用的成型脉冲的时域宽度通常为数个符号周期，相邻的符号间会存在交叠，故FBMC是一种非正交的波形。

类似于传统的OFDM，FBMC信号具有较高的PAPR，需要在发送端进行降低以提高功率放大器的效率。然而，由于FBMC的符号间存在交叠，在降低一个符号区间内信号的PAPR时，相邻符号区间内信号的PAPR也会受到影响，故为传统OFDM设计的逐符号PAPR降低算法不再适用于FBMC系统。在为FBMC设计PAPR降低方法时，需要考虑符号间的交叠。

传统的针对FBMC的PAPR降低方法以启发式算法为主。本发明提出了一种通过引入信号畸变并优化发送符号来最小化一帧FBMC信号PAPR的方法。由于优化时以数据子载波上的符号形变和自由子载波上的发送功率为约束，信号畸变引起的误码率性能恶化被控制在一定程度下；所提出的算法在满足约束的情况下求解以最小化信号PAPR为目标函数的优化问题，相比于启发式算法能够更有效地降低FBMC信号PAPR。

发明内容

本发明的目的是针对FBMC提出一种基于优化的PAPR降低方法，该方法能够处理FBMC的符号间交叠，且能够比传统的启发式算法更有效地降低FBMC信号PAPR。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于惩罚凹凸过程的FBMC信号PAPR降低方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1、根据FBMC系统的参数构建优化问题，即以发送符号为变量，以数据子载波上的符号形变和自由子载波上的发送功率为约束，最小化一帧FBMC信号的PAPR。FBMC系统的子载波数为N，其中实际用来传输数据的数据子载波的集合为原型滤波器的重叠因子为β，过采样系数为l，一帧信号包含M个FBMC符号，采用OQAM符号调制，故整帧信号长度为K＝(M+β-1/2)lN。根据这些参数，可以构建以下优化问题：

其中s＝[s₁,s₂,…,s_K]^T表示时域信号，a_m＝[a_m,1,a_m,2,…,a_m,N]^T表示第m个符号区间的实数频域发送符号，a_0,m表示原始的没有形变的频域传输符号，常数γ为数据子载波上的符号形变门限，而η为自由子载波上的功率门限；矩阵D是一个具有对角结构的选择矩阵，其中，若子载波n是一个数据子载波，也即则有D_n,n＝1，否则D_n,n＝0。而