基于离散广义追踪算法的峰均功率比优化方法技术

本发明专利技术公开了在正交频分复用系统中，基于离散广义追踪算法的减少峰均功率比的优化方法，属于无线通信技术的领域。本发明专利技术包括了对正交频分复用系统的基本介绍、离散广义追踪算法的基本介绍、将离散广义追踪算法运用到减少峰均功率比问题中。最后，将峰均功率比的减少效果与一些基础算法进行比较。本发明专利技术能够有效地证明出，采用这种离散广义追踪算法，不仅能够取得较好的峰均功率比减少效果，还可以减少了算法的复杂度，同时保证了算法带来的误码率很小的差距。

OPTIMIZATION METHOD OF PAPR BASED ON DISCRETE GENERALIZED TRACKING ALGORITHM

The invention discloses an optimization method for reducing peak-to-average power ratio based on discrete generalized tracking algorithm in orthogonal frequency division multiplexing system, which belongs to the field of wireless communication technology. The invention includes a basic introduction of orthogonal frequency division multiplexing system, a basic introduction of discrete generalized tracking algorithm, and the application of discrete generalized tracking algorithm to the problem of reducing peak-to-average power ratio. Finally, the reduction effect of PAPR is compared with some basic algorithms. The invention can effectively prove that the discrete generalized tracking algorithm can not only achieve better peak-to-average power ratio reduction effect, but also reduce the complexity of the algorithm, while ensuring that the error rate caused by the algorithm is very small.

【技术实现步骤摘要】
基于离散广义追踪算法的峰均功率比优化方法
本专利技术涉及的是一种新颖的优化算法，具体涉及是将新的机器学习的学习自动机中所使用的离散广义追踪算法运用到解决高峰均功率比的问题里面。
技术介绍
无线通信的快速发展，带来了通信技术的飞快更新。已经普遍使用的第四代无线通信技术中，正交频分复用系统是核心。第五代无线通信技术也是基于第四代无线通信技术的基础上发展而来，近几年陆续开始了试点应用。正交频分复用系统是由美国的贝尔实验室在1966年首次提出，到现在已经有半个多世纪的发展。其技术得到多年的发展和完善，趋于成熟和稳定。正交频分复用系统是于1966年在美国的贝尔实验室首次提出，迄今为止已经有了半个多世纪的发展历史。正交频分复用系统中核心的思想是：高速的串行数据流转换成低速的并行数据流，通过串并转换操作，将低速的并行数据流分配到相对速率较低的子信道上，分别进行传输。这种传输方式的优点是：正交频分复用系统的所有子载波之间是相互正交的，这样可以极大地提高了频谱的利用效率。还有，正交频分复用技术可以很好地解决了频率选择性衰落和窄带干扰问题。即使正交频分复用技术有很多的优点，这种技术因为输出信号是多个子信道上的叠加，所以会有很多缺陷。比如，正交频分复用系统的各个子载波之间的正交性特别容易受到频率偏差的影响。一旦子载波之间的正交性被破坏，信道间的干扰就会加剧。所以，当多个子信道的输出信号的时间相位处于相同的时候，此时所叠加出来的新的时间信号，会出现瞬时峰值功率很大的情况，其瞬时峰值功率远远超过信号的平均功率。也就是说，会产生较高的峰均功率比问题，对正交频分复用系统中的功率放大器产生很大的影响。然后会影响到各个子信道之间的正交性，继而影响整个系统的信号传输。可是，在实际的正交频分复用系统中，功率放大器的线性工作区域是有限的。如果超出了功率放大器的线性工作区，那么信号会被功率放大器进行非线性放大，这样会影响各个信道之间的正交性，从而影响了整个系统的性能。为了防止信号出现畸变，保证功率放大器工作在线性功率放大的区域，所以我们就要让信号的最大峰值小于功率放大器的线性范围内，因此需要去减少信号的峰均功率比。在以往的研究下，我们发现在减少高的峰均功率比问题下，已经有很多较为成熟的方法去解决这个问题。主流的方法有三种，一种是基于切削技术，是信号失真的处理方式；一种是编码类的技术，是通过编码对初始的数据流进行编码，但是编码的复杂度太高；最后一种是基于概率上的技术，是通过在概率上减少高的峰值信号出现的次数。在本专利中，我们采用的是基于概率上的减少峰均功率比上的技术。子载波保留技术是一种概率类减少峰均功率比的技术。通过找出峰值减少序列，进而生成新的峰值减少时间信号，合成上初始的时间信号，生成新的时间信号。而这个新生成的时间信号的瞬时峰值功率是较小的，那么，计算出来的峰均功率比也会比较小。可是，子载波保留技术的关键是找出合适的峰值减少序列，一般是非确定性问题，而且复杂度很高。所以，大部分的研究人员都是通过新的方法，来减少算法的复杂度和加快搜索序列的速度。本专利是采用的是离散广义追踪算法来进行搜索这个峰值减少序列，从而减少整个时间信号的峰均功率比。
技术实现思路
专利技术目的：提出将离散广义追踪算法运用到寻找峰值减少序列上，减少峰值信号出现的概率。这种方法不仅有效地减少了算法的复杂度，还可以保证峰均功率比的减少效果。为了解决
技术介绍
所存在的问题，本专利技术旨在采用如下的技术方案：运用离散广义追踪算法寻找频域上，频域核函数中1的位置，即峰值减少序列的位置，然后加上原始的时域信号上，合成的新产生的时域信号，然后重新计算新时间信号的峰均功率比，与初始的峰均功率比进行比较，相对的比较小，达到减少峰值信号出现的概率的效果。具体的实施方式是：在本专利中，我们采用的是从概率上减少峰均功率比的方法。子载波保留技术是一种概率上的方法。子载波保留就是指产生峰值减少的子载波序列，从而产生时间上峰值减少信号，结合原来的初始的时间信号，合成时域上新的时间信号。该时间信号的峰均功率比将会降低，从而减少整个符号的峰均功率比。子载波保留技术取决于两种因素：一个是最佳的峰值减少位置，另一个是最佳的信号切削阈值。本专利采用了离散广义追踪算法去搜索那个最佳的峰值减少序列。因为离散广义追踪算法是一种基于机器学习中学习自动机的搜索方式，所以该算法能够快速的收敛，并且算法的复杂度较低。在搜索到最佳峰值减少序列之后，结合一些切削滤波的方式进行减少峰均功率比，然后再和之前的算法进行效果上的对比。离散广义追踪算法的介绍：离散广义追踪算法(DiscreteGeneralizedPursuitAlgorithm,DGPA)是由M.Agache在2002年的一篇文章中首次提出。离散广义追踪算法是基于学习自动机产生的搜索算法，能够快速的收敛，取得较好的算法效果。离散广义追踪算法是：基于环境的反馈，由一个动作空间中的所有动作进行更新各自的概率函数，循环迭代，直至某个动作的概率函数到达了1，此时结束该算法，输出搜索到的最佳动作解。在本专利中，将离散广义追踪算法运用到解决峰均功率比的问题中。针对离散广义追踪算法中的动作，在本专利中定义为一个峰值减少序列，动作空间就是所有的序列的集合。初始生成的时间信号，经过调制映射，串并转换等等，可以得到频域上核函数的值。将其1的位置设置为峰值减少序列，作为初始的动作开始算法。然后根据每一个动作对周围环境的影响，得到的反馈进行判断。如果是正反馈，说明这序列有助于减少峰均功率比；反之，如果是负反馈，就是这序列不利于减少峰均功率比。那么，由于反馈的不同，所有动作的更新方式也就会不一样。受到正反馈的动作，就会进行概率函数上的增加；反之，如果该动作受到是负反馈，那么该动作进行概率函数上的减少。反复迭代，直至其中某一个动作的概率函数，出现概率值接近1的时候，结束离散广义追踪算法。此时，输出最佳动作所对应的峰值减少序列。接着，判断迭代的次数是否达到最大的迭代次数，或者满足初始设定的某些其他限制条件。如果满足判定的条件，就结束本次的算法；否则的话，就继续下一次离散广义追踪搜索。本专利技术有如下的有益效果是：离散广义追踪算法简单易于实现，不需要边缘信息和结合机器学习快速迭代收敛的特点，特别适合去解决处理优化问题。相比较其他算法而言，离散广义追踪算法的复杂度低，算法效果明显。附图说明图1：正交频分复用系统的原理框图图2：本方法的流程图图3：离散广义追踪算法的算法流程图图4：离散广义追踪算法与其他算法在峰均功率比减少效果上的对比图图5：离散广义追踪算法与其他算法在误码率效果上的对比图具体实施方式下面结合附图，详细描述本专利技术的具体实施方案。如图1所示，输入端：输入的比特流进行前向纠错编码，串并转换，进行数字调制，运用快速傅里叶变换，加入保护间隔，并串转换，数字转成模拟信号，再通过功率放大器传播出去；相反地，在接收端：接收的信号进行下行转换，模拟转成数字，串行转成并行，去除保护间隔，实行快速傅里叶变换，频域均衡，数字解调，并行转成串行，前向纠错译码，最后输出比特流。如图2所示，本专利的方法流程图。开始是进行随机地产生一组正交频分复用系统中的子载波信号，经过数字调制，一般是正交幅度调制或者相位键移调制的两种调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于离散广义追踪算法的峰均功率比优化方法，其基本特征在于：在正交频分复用系统中，多个子载波的系统里面，由于多个子载波的相位可能出现一致的情形，所带来的瞬时峰值功率很大，从而影响上变频时候使用的功率放大器。一旦功率的最大值超出功率放大去的线性区域，将会影响功率放大器的放大性能，影响正交频分复用系统的各个子载波之间的正交性。所以，本专利采用离散广义追踪算法进行搜索频域上核函数，得到峰值减少序列，从概率上进行减少原始时间信号的峰均功率比的值。将离散广义追踪算法和传统的算法进行对比，得到算法的复杂度分析。仿真结果证明了离散广义追踪算法的优越性。

【技术特征摘要】
1.基于离散广义追踪算法的峰均功率比优化方法，其基本特征在于：在正交频分复用系统中，多个子载波的系统里面，由于多个子载波的相位可能出现一致的情形，所带来的瞬时峰值功率很大，从而影响上变频时候使用的功率放大器。一旦功率的最大值超出功率放大去的线性区域，将会影响功率放大器的放大性能，影响正交频分复用系统的各个子载波之间的正交性。所以，本专利采用离散广义追踪算法进行搜索频域上核函数，得到峰值减少序列，从概率上进行减少原始时间信号的峰均功率比的值。将离散广义追踪算法和传统的算法进行对比，得到算法的复杂度分析。仿真结果证明了离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仁杰，李骏，王亚军，桂林卿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32