本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種降低多用戶(hù)大規(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)峰均功率比的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：MIMO技術(shù)能夠在不增加傳輸信道帶寬的條件下成倍的提高無(wú)線(xiàn)信道的容量，因而被認(rèn)為是現(xiàn)代通信技術(shù)中的重大突破之一，大規(guī)模MIMO作為傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的延伸,可以大幅度提升吞吐率和能量效率，并被認(rèn)為是5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。OFDM技術(shù)作為一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，采用頻分復(fù)用的方法有效地利用了頻譜，同時(shí)OFDM技術(shù)將信道分成若干正交子信道，每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上可以看成平坦性衰落，從而可以消除碼間串?dāng)_。因此，OFDM技術(shù)也因其高頻譜效率和抗碼間串?dāng)_特性而被廣泛應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)通信中?；贠FDM技術(shù)的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)(MIMO-OFDM)是5G的一項(xiàng)重要技術(shù)，它一方面利用MIMO提高頻譜效率，另一方面又利用OFDM均衡技術(shù)克服了頻率選擇性衰落。但大規(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)也面臨一些不足之處，其中一個(gè)很大的缺點(diǎn)就是OFDM多載波引起的高峰均功率比PAPR。為降低MIMO-OFDM系統(tǒng)的PAPR，常見(jiàn)的做法是將應(yīng)用于單天線(xiàn)的降低PAPR的方法直接運(yùn)用于MIMO-OFDM系統(tǒng)的多天線(xiàn)中。但這些做法都沒(méi)有利用到MIMO系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)復(fù)雜，可靠性差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種降低多用戶(hù)大規(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)峰均功率比的方法及系統(tǒng)，充分利用大規(guī)模MIMO系統(tǒng)天線(xiàn)眾多而帶來(lái)的大的空間自由度來(lái)降低系統(tǒng)的峰均功率比PAPR，以至少實(shí)現(xiàn)降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度、提高通信可靠性的效果。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種降低多用戶(hù)大規(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)峰均功率比的方法，它包括以下步驟：S1：第一計(jì)算，計(jì)算輸入信號(hào)矩陣X的峰均功率比PAPRx；S2：第二計(jì)算，通過(guò)對(duì)信道矩陣的解向量進(jìn)行加權(quán)，對(duì)加權(quán)變換后的解向量和輸入信號(hào)矩陣X的列求和，計(jì)算得到列向量g；S3：替換，用列向量g替換輸入信號(hào)矩陣X的對(duì)應(yīng)列，得到矩陣Y；S4：第三計(jì)算，計(jì)算矩陣Y的峰均功率比PAPRy；S5：判決更新，判決輸入信號(hào)矩陣X和矩陣Y的峰均功率比，更新輸入信號(hào)矩陣X為PAPR較小的那一個(gè)。進(jìn)一步的，在步驟S1中：對(duì)輸入信號(hào)矩陣X的每行分別求PAPRx(i,:)，并比較各行的PAPRx(i,:)大小，選擇最大值PAPRx(i,:)作為MIMO-OFDM系統(tǒng)的PAPRx，即：PAPRx＝max(PAPRx(i,:))其中，i為第i行，1≤i≤n，n為輸入信號(hào)矩陣X的行數(shù)。進(jìn)一步的，在步驟S2中：利用加權(quán)系數(shù)集合中的aj對(duì)解向量l(:,j)進(jìn)行加權(quán)變換，對(duì)加權(quán)變換后的解向量l(:,j)和輸入信號(hào)矩陣X的第j列累加求和，得到列向量g，即：其中，N為輸入信號(hào)矩陣X的列數(shù)，j為第j列。進(jìn)一步的，在步驟S3中：用列向量g替換輸入信號(hào)矩陣X的第j列，得到矩陣Y，即：X(:,j)＝gY(:,i)＝X(:,j)其中，i≠j。進(jìn)一步的，在步驟S4中：計(jì)算矩陣Y每行的PAPRy(i,:)，并比較各行的PAPRy(i,:)大小，選擇最大值PAPRy(i,:)作為MIMO-OFDM系統(tǒng)的PAPRy，即：PAPRy＝max(PAPRy(i,:))其中，i為第i行，1≤i≤n。進(jìn)一步的，在步驟S5中：對(duì)輸入信號(hào)矩陣X和矩陣Y的峰均功率比進(jìn)行比較判決，并更新輸入信號(hào)矩陣X的峰均功率比PAPR為PAPRx、PAPRy中較小的那一個(gè)，即：PAPR＝min(PAPRx,PAPRy)如果PAPRx<PAPRy，則輸入信號(hào)矩陣X保持不變，如果PAPRx>PAPRy，則更新輸入信號(hào)矩陣X＝Y(jié)。一種降低多用戶(hù)大規(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)峰均功率比的系統(tǒng)，它包括矩陣列選擇模塊、解向量生成模塊、加權(quán)系數(shù)集合模塊、加權(quán)求和模塊、列替換模塊、PAPR計(jì)算模塊、判決模塊和信號(hào)選擇模塊；所述的矩陣列選擇模塊用于選擇輸入信號(hào)矩陣X的第j列；所述的解向量生成模塊用于對(duì)信道矩陣生成解向量l(:,j)；所述的加權(quán)系數(shù)集合模塊存儲(chǔ)有加權(quán)系數(shù)aj；所述的加權(quán)求和模塊用于對(duì)輸入信號(hào)矩陣X的第j列和加權(quán)變換后的解向量l(:,j)累加求和；所述的列替換模塊用于將列向量g替換輸入信號(hào)矩陣X的第j列；所述的PAPR計(jì)算模塊包括第一、第二PAPR計(jì)算模塊，第一PAPR計(jì)算模塊用于計(jì)算輸入信號(hào)矩陣X的峰均功率比，第二PAPR計(jì)算模塊用于計(jì)算矩陣Y的峰均功率比；所述的判決模塊用于對(duì)輸入信號(hào)矩陣X和矩陣Y的峰均功率比進(jìn)行判決；所述的信號(hào)選擇模塊用于更新輸入信號(hào)矩陣X。進(jìn)一步的，所述的信號(hào)選擇模塊與輸出端相連，能夠向輸入信號(hào)矩陣X提供反饋。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)線(xiàn)性方程組解空間的求解方法，找到合適的系數(shù)集合，即為信道矩陣通解的各解向量分配一個(gè)合適的系數(shù)，使通解與輸入信號(hào)時(shí)域矩陣X的和有一個(gè)良好的PAPR特性。與其它降低PAPR的方法相比，本發(fā)明的方法能夠保證MIMO-OFDM系統(tǒng)的輸出信號(hào)保持不變，有提高可靠通信的特點(diǎn)，包括以下優(yōu)點(diǎn)：一、充分利用了大規(guī)模MIMO系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，即由于天線(xiàn)數(shù)量眾多而帶來(lái)的空間自由度來(lái)降低PAPR，從而高效利用大規(guī)模天線(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度；二、不會(huì)對(duì)發(fā)射的信號(hào)產(chǎn)生畸變影響，確?？煽客ㄐ?；三、計(jì)算復(fù)雜度低。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的方法執(zhí)行步驟圖；圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明的方法流程圖；圖4為本發(fā)明不同迭代次數(shù)信號(hào)的PAPR的功率互補(bǔ)累積分布函數(shù)(CCDF)仿真圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。本發(fā)明的基本思想是對(duì)信號(hào)進(jìn)行迭代重構(gòu)。以AX＝b表示信號(hào)傳輸模型，A表示信道矩陣，X表示大規(guī)模MIMO系統(tǒng)基站發(fā)射的信號(hào)矢量，b表示多個(gè)用戶(hù)接收到的信號(hào)矢量。對(duì)于大規(guī)模天線(xiàn)系統(tǒng)，A是個(gè)奇異矩陣，根據(jù)線(xiàn)性空間的理論，可以找到一個(gè)具有低PAPR的X'，使得AX'＝b依然成立。如圖1，3所示，一種降低多用戶(hù)大規(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)峰均功率比的方法，它包括以下步驟：S1：第一計(jì)算，計(jì)算輸入信號(hào)矩陣X的峰均功率比PAPRx；S2：第二計(jì)算，通過(guò)對(duì)信道矩陣的解向量進(jìn)行加權(quán)，對(duì)加權(quán)變換后的解向量和輸入信號(hào)矩陣X的列求和，計(jì)算得到列向量g；S3：替換，用列向量g替換輸入信號(hào)矩陣X的對(duì)應(yīng)列，得到矩陣Y；S4：第三計(jì)算，計(jì)算矩陣Y的峰均功率比PAPRy；S5：判決更新，判決輸入信號(hào)矩陣X和矩陣Y的峰均功率比，更新輸入信號(hào)矩陣X為PAPR較小的那一個(gè)。進(jìn)一步的，在步驟S1中：對(duì)輸入信號(hào)矩陣X的每行分別求PAPRx(i,:)，并比較各行的PAPRx(i,:)大小，選擇最大值PAPRx(i,:)作為MIMO-OFDM系統(tǒng)的PAPRx，即：PAPRx＝max(PAPRx(i,:))其中，i為第i行，1≤i≤n，n為輸入信號(hào)矩陣X的行數(shù)。進(jìn)一步的，在步驟S2中：利用加權(quán)系數(shù)集合中的aj對(duì)解向量l(:,j)進(jìn)行加權(quán)變換，對(duì)加權(quán)變換后的解向量l(:,j)和輸入信號(hào)矩陣X的第j列累加求和，得到列向量g，即：其中，N為輸入信號(hào)矩陣X的列數(shù)，j為第j列。進(jìn)一步的，在步驟S3中：用列向量g替換輸入信號(hào)矩陣X的第j列，得到矩陣Y，即：X(:,j)＝gY(:,i)＝X(:,j)其中，i≠j。進(jìn)一步的，在步驟S4中：計(jì)算矩陣Y每行的PAPRy(i,:)，并比較各行的PAPRy(i,:)大小，選擇最大值PAPRy(i,:)作為MIMO-OFDM系統(tǒng)的PAPRy，即：PAPRy＝max(PAPRy(i,:))其中，i為第i行，1≤i≤n。進(jìn)一步的，在步驟S5中：對(duì)輸入信號(hào)矩陣X和矩陣Y的峰均功率比進(jìn)行比較判決，并更新輸入信號(hào)矩陣X的峰均功率比PAPR為PAPRx、PAPRy中較小的那一個(gè)，即：PAPR＝min(PAPRx,PAPRy)如果PAPRx<PAPRy，則輸入信號(hào)矩陣X保持不變，如果PAPRx>PAPRy，則更新輸入信號(hào)矩陣X＝Y(jié)。如圖2所示，一種降低多用戶(hù)大規(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)峰均功率比的系統(tǒng)，它包括矩陣列選擇模塊、解向量生成模塊、加權(quán)系數(shù)集合模塊、加權(quán)求和模塊、列替換模塊、PAPR計(jì)算模塊、判決模塊和信號(hào)選擇模塊；所述的矩陣列選擇模塊用于選擇輸入信號(hào)矩陣X的第j列；所述的解向量生成模塊用于對(duì)信道矩陣生成解向量l(:,j)；所述的加權(quán)系數(shù)集合模塊存儲(chǔ)有加權(quán)系數(shù)aj；所述的加權(quán)求和模塊用于對(duì)輸入信號(hào)矩陣X的第j列和加權(quán)變換后的解向量l(:,j)累加求和；所述的列替換模塊用于將列向量g替換輸入信號(hào)矩陣X的第j列；所述的PAPR計(jì)算模塊包括第一、第二PAPR計(jì)算模塊，第一PAPR計(jì)算模塊用于計(jì)算輸入信號(hào)矩陣X的峰均功率比，第二PAPR計(jì)算模塊用于計(jì)算矩陣Y的峰均功率比；所述的判決模塊用于對(duì)輸入信號(hào)矩陣X和矩陣Y的峰均功率比進(jìn)行判決；所述的信號(hào)選擇模塊用于更新輸入信號(hào)矩陣X。進(jìn)一步的，所述的信號(hào)選擇模塊與輸出端相連，能夠向輸入信號(hào)矩陣X提供反饋。新的信號(hào)矩陣X反饋成為新的輸入信號(hào)。對(duì)本發(fā)明提出的方法進(jìn)行仿真測(cè)試，仿真中的基本設(shè)置如表1和表2所示：算法中加權(quán)系數(shù)aj由表1中輸入輸出天線(xiàn)數(shù)目決定。仿真中MIMO系統(tǒng)中輸入輸出天線(xiàn)數(shù)分別是10和2，則信道矩陣A是一個(gè)2╳10的奇異矩陣，且A的秩r(A)＝2，所以線(xiàn)性方程組AX＝b的通解有8個(gè)解向量，相應(yīng)的8個(gè)加權(quán)系數(shù)由表2給出。如圖4所示，本發(fā)明可以明顯地降低大規(guī)模MIMO-OFDM系統(tǒng)的PAPR，且隨著迭代次數(shù)的增加，PAPR降低得越明顯。在迭代6次以后，系統(tǒng)的PAPR控制在6dB以?xún)?nèi)，比一次迭代的結(jié)果要好4dB，比未經(jīng)處理的原始QPSK信號(hào)好5dB。同時(shí)，仿真結(jié)果表明迭代6次時(shí)系統(tǒng)PAPR可以實(shí)現(xiàn)收斂。設(shè)置項(xiàng)目設(shè)置值基站發(fā)射天線(xiàn)數(shù)目10接收用戶(hù)(單天線(xiàn))數(shù)量2調(diào)制方式QPSK子載波數(shù)目64過(guò)采樣率4幀數(shù)目1000表1設(shè)置項(xiàng)目設(shè)置值信道矩陣[10-1010-1010；010-1010-101]加權(quán)系數(shù)集合{aj}±0.5加權(quán)系數(shù)aj-0.5，-0.5，0.5，0.5，0.5，0.5，0.5，0.5表2以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3