基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法技术方案

本发明专利技术涉及的是基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法，具体为：一、设定初始值；二、创建小波滤波器；三、比较随机生成的小波包树结构和Mallat结构的符号率，两种结构的符号率相等，若不相等返回步骤二；四、编码；五、把初始滤波器和其目标函数值作为当前解，把放入禁忌表；六、检查禁忌表，在邻域重新生成新的滤波器；七、比较新生成的小波滤波器结构和Mallat结构的符号率，两种结构的符号率相等则更新禁忌表，若不相等返回步骤六；八、将新滤波器的目标函数值与当前解中的目标函数值比较，产生最优小波滤波器，用最优小波滤波器调制认知用户信号产生更小的ICI。本发明专利技术能减少影响授权用户的干扰，优化频谱池系统性能。

【技术实现步骤摘要】
基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法
本专利技术涉及认知无线电频谱池性能优化技术范畴，具体涉及基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法。
技术介绍
传统的无线频谱分配方案是将大部分的频谱以授权方式分配给无线电业务部门，而剩余小部分频谱作为公用的非授权频谱。这种静态频谱分配方案导致授权频段利用率低下而其他用户又无法使用空闲频段的矛盾。基于动态频谱访问理念的认知无线电技术能够将暂时空闲的频谱资源加以利用，极大地改善目前这种频谱资源的紧张状况。频谱池是认知无线电中最有效的频谱使用技术。频谱池的思想是将分配给不同业务的授权频谱合并成一个公共的频谱池，认知用户(次用户)可临时使用频谱池中未被授权用户(主用户)占用的空闲频谱。目前，在实际的无线环境中，多径衰落信道中，频谱池授权用户和认知用户信号的正交性遭到破坏，使得频谱池中共存的授权用户与认知用户之间产生严重的ICI(Inter-carrierInterference)，导致授权用户通信质量下降。不干扰授权用户数据传输是实际认知无线电系统必须考虑的前提条件。现有认知无线电频谱池多用户干扰优化方法是通过屏蔽认知用户子载波减少对授权用户信号的干扰。虽然这种方法在抑制干扰方面能取得较好的效果，但是，这种方式需要牺牲认知用户传输率，将会导致认知用户传输质量大幅下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法，这种基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法用于解决现有频谱池多用户干扰抑制方法中存在的必须牺牲认知用户数据传输率的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法，采用禁忌搜索来选择最优小波调制滤波器，具体如下：步骤一、设定初始值，设定认知用户子载波数L，设定小波滤波器级数最大值Nmax，设定禁忌长度T，设定迭代次数K的值(K＞L)，将初始计数器清零；步骤二、创建小波滤波器；步骤三、比较随机生成的小波包树结构和Mallat结构的符号率，要求这两种结构的符号率必须相等，若不相等则返回步骤二；步骤四、编码，小波包树的每一个节点编码为(i,j)，其中i,i∈(0,...,Nmax)代表层索引，j,j∈(0,...,2i-1)代表在第i层的位置索引，j为偶数代表高通滤波器，j为奇数代表低通滤波器，符合Mallat结构的L个节点集合x就是一个小波滤波器的编码；步骤五、把初始滤波器和其目标函数值作为当前解(x,f(x))，并把x放入禁忌表；采用构造出的小波滤波器调制认知用户子载波，并把调制后认知用户子载波对授权用户产生的平均ICI能量作为目标函数，表达式定义如下：其中，调制授权用户子载波所用的滤波器为hl，调制认知用户子载波所用的滤波器为hr，m和n的范围由滤波器的长度决定，p是信道的额外延迟，和分别是调制授权用户第i和认知用户第j个子载波使用的滤波器函数；Nl是授权用户的子载波数；步骤六、检查禁忌表，在邻域重新生成新的滤波器；步骤七、比较新生成的小波滤波器结构和Mallat结构的符号率，要求这两种结构的符号率必须相等，相等则更新禁忌表，若不相等则返回步骤六；步骤八、将新滤波器的目标函数值与当前解中的目标函数值相比较，如果小于当前解中的目标函数值，则该滤波器和其目标函数值成为当前解(x,f(x))；把x放入禁忌表，计数器值加1，如果计数器值小于K，返回步骤六，否则结束，产生最优小波滤波器，用最优小波滤波器调制认知用户信号产生更小的ICI。上述方案中步骤二创建小波滤波器的方法：针对Nmax随机选择用式(1)和式(2)创建初始小波调制滤波器，其中，是第V个小波树结构的第i个滤波器；是第V个小波树结构第d层的第i个滤波器；是范围在[0，1]之间的一个随机数；根据不同的的值，可能是高通滤波器g(n)或低通滤波器h(n)，上述方案中步骤六检查禁忌表，在邻域重新生成新的滤波器的方法：随机选择当前最优滤波器中某一节点(i,j)，如果j＜2i-1-1，且(i,j+1)没有在当前滤波器结构中，则变为(i,j+1)；如果j＝2i-1-1且(i,j-1)没有在当前滤波器结构中，则变为(i,j-1)，重新产生新的滤波器；重新生成滤波器的规则是：如果节点(i,j)被选择，则(i,j)节点的子节点不能被选择；假设节点(i,j)被选择，如果j是奇数，则节点(i,j-1)或节点(i,j-1)的子节点必须被选择；如果j是偶数，节点(i,j+1)或节点(i,j+1)的子节点必须被选择。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术不需屏蔽频谱池系统中认知用户子载波，就能减少影响授权用户的干扰，从而优化频谱池系统性能。2、本专利技术以减少影响授权用户的干扰能量和不牺牲认知用户数据传输率为目标,选择对授权用户产生ICI最小的小波调制滤波器调制认知用户信号，这样可以在不损失认知用户数据传输率的条件下，有效的抑制频谱池多用户间干扰，改善频谱池系统性能。此方法将在认知无线电频谱池系统性能优化方面有重要的应用价值。附图说明图1是本专利技术方法的功能图。图2是本专利技术方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明：结合图1、图2所示，这种基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法，采用禁忌搜索来选择最优小波调制滤波器。具体如下：1.设定初始值。设定认知用户子载波数L，设定小波滤波器级数最大值Nmax，设定禁忌长度T，设定迭代次数K的值(K＞L)，将初始计数器清零。2.创建初始小波滤波器。针对Nmax随机选择用式(1)和式(2)创建初始小波调制滤波器。其中，是第V个小波树结构的第i个滤波器。是第V个小波树结构第d层的第i个滤波器。是范围在[0，1]之间的一个随机数。根据不同的的值，可能是高通滤波器g(n)或低通滤波器h(n)，3.比较初始生成的小波滤波器结构和Mallat结构的符号率，要求这两种结构的符号率必须相等，若不相等则返回2，重新生成初始小波滤波器。4.编码小波包树的每一个节点编码为(i,j)，其中i,i∈(0,...,Nmax)代表层索引，j,j∈(0,...,2i-1)代表在第i层的位置索引。j为偶数代表高通滤波器，j为奇数代表低通滤波器。符合Mallat结构的L个节点集合x就是一个小波滤波器的编码。5.把初始滤波器和其目标函数值作为当前最优解(x,f(x))，并把x放入禁忌表。采用构造出的小波滤波器调制认知用户子载波，并把调制后认知用户子载波对授权用户产生的平均ICI能量作为目标函数，表达式定义如下：其中，调制授权用户子载波所用的滤波器为hl，调制认知用户子载波所用的滤波器为hr，m和n的范围由滤波器的长度决定，p是信道的额外延迟，和分别是调制授权用户第i和认知用户第j个子载波使用的滤波器函数；Nl是授权用户的子载波数。6.检查禁忌表，在邻域重新生成新的滤波器。随机选择当前最优滤波器中某一节点(i,j)，如果j＜2i-1-1，且(i,j+1)没有在当前滤波器结构中，则变为(i,j+1)。如果j＝2i-1-1且(i,j-1)没有在当前滤波器结构中，则变为(i,j-1)，重新产生新的滤波器。重新生成滤波器的规则是：如果节点(i,j)被选择，则(i,j)节点的子节点不能被选择。假设节点(i,j)被选择，如果j是奇数，则节点(i,j-1)或节点(i,j-1)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法，其特征在于：这种基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法，采用禁忌搜索来选择最优小波调制滤波器，具体如下：步骤一、设定初始值，设定认知用户子载波数L，设定小波滤波器级数最大值Nmax，设定禁忌长度T，设定迭代次数K的值(K＞L)，将初始计数器清零；步骤二、创建小波滤波器；步骤三、比较随机生成的小波包树结构和Mallat结构的符号率，要求这两种结构的符号率必须相等，若不相等则返回步骤二；步骤四、编码，小波包树的每一个节点编码为(i,j)，其中i,i∈(0,...,Nmax)代表层索引，j,j∈(0,...,2i‑1)代表在第i层的位置索引，j为偶数代表高通滤波器，j为奇数代表低通滤波器，符合Mallat结构的L个节点集合x就是一个小波滤波器的编码；步骤五、把初始滤波器和其目标函数值作为当前解(x,f(x))，并把x放入禁忌表；采用构造出的小波滤波器调制认知用户子载波，并把调制后认知用户子载波对授权用户产生的平均ICI能量作为目标函数，表达式定义如下：

【技术特征摘要】
1.一种基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法，其特征在于：这种基于最优小波滤波器的频谱池系统优化方法，采用禁忌搜索来选择最优小波调制滤波器，具体如下：步骤一、设定初始值，设定认知用户子载波数L，设定小波滤波器级数最大值Nmax，设定禁忌长度T，设定迭代次数K的值(K＞L)，将初始计数器清零；步骤二、创建小波滤波器；步骤三、比较随机生成的小波包树结构和Mallat结构的符号率，要求这两种结构的符号率必须相等，若不相等则返回步骤二；步骤四、编码，小波包树的每一个节点编码为(i,j)，其中i,i∈(0,...,Nmax)代表层索引，j,j∈(0,...,2i-1)代表在第i层的位置索引，j为偶数代表高通滤波器，j为奇数代表低通滤波器，符合Mallat结构的L个节点集合x就是一个小波滤波器的编码；步骤五、把初始滤波器和其目标函数值作为当前解(x,f(x))，并把x放入禁忌表；采用构造出的小波滤波器调制认知用户子载波，并把调制后认知用户子载波对授权用户产生的平均ICI能量作为目标函数，表达式定义如下：其中，调制授权用户子载波所用的滤波器为hl，调制认知用户子载波所用的滤波器为hr，m和n的范围由滤波器的长度决定，p是信道的额外延迟，和分别是调制授权用户第i和认知用户第j个子载波使用的滤波器函数；Nl是授权用户的子载波数；步骤六、检查禁忌表，在邻域重新生成新的滤波器；步骤七、比较新生成的小波滤波器结构和Mallat结构的符号率，要求这两种结构的符号率必须相等，相等则更新禁...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘苗，王忠东，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23