基于平行禁忌搜索的峰均功率比优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于平行禁忌搜索算法的峰均功率比优化的方法，属于无线通信技术领域。本发明专利技术包括了平行禁忌搜索的介绍，正交频分复用的基本介绍，峰均功率比介绍，将平行禁忌搜索算法运用到减少峰均功率比的优化问题中。本发明专利技术能够有效地证明出，采用的平行禁忌搜索算法与以往的算法相比，不仅可以得到较优的峰均功率比的减少效果，还可以很好地减少了算法的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
基于平行禁忌搜索的峰均功率比优化方法
本专利技术涉及的是一种新型优化方法，具体涉及是将新的智能算法运用到解决高峰均功率比问题里。
技术介绍
随着科技发展的快速提高，各行各业对通信的速率有了更高的要求。作为第四代通信技术和第五代通信技术的基础，正交频分复用技术一直得到广大研究者的关注。1966年，正交频分复用被贝尔实验室提出，到如今已经有接近60年的发展历史。正交频分复用的基本思想是：将高速的串行传输的数据流，通过串并转换，分配到相对速率较低的若干个频率子信道中进行传输。其显著的特点是：各个子载波之间相互正交，因此进行扩频调制后的频谱也可以相互重叠，而不会相互影响，从而可以极大地提高频谱资源的利用效率。除此之外，正交频分复用技术还可以较好地解决频率选择性衰落和窄带干扰的问题。但是，正交频分复用系统需要存在很多个正交的子载波，而且其输出的信号是多个子信道的叠加。所以，由此带来的一些问题，即正交频分复用系统容易受到频率偏差的影响。因为正交频分复用系统的子信道是相互重叠的，如果出现频率上的偏差，这样会导致各个子载波之间的正交性被破坏，这样会带来较为严重的信道间干扰。还有一个较为严重的问题是，因为多载波系统的输出是多个子信道型号的叠加，所以当多个子信道的输出信号的相位一致时，所得到的叠加信号的瞬时功率将会超过信号的平均功率，这样会带来较大的峰均功率比的问题。由于在实际的通信系统中，最大功率是有限制的，高的峰均功率比将会需要较大反馈的功率放大器。这样，会对功率放大器的线性工作区提出更高的要求，会导致信号的畸变，使得各个子信道信号的正交性被破坏，影响正交频分复用系统的性能。所以，为了避免影响正交频分复用系统的正交性，需要通过一些方法来减少高的峰均功率比。常用的解决高峰均功率比的方法有三大类：(1)限制幅度类，通过削幅滤波、峰值加窗等方法减少峰值功率；(2)编码类技术，通过对正交频分复用系统里的信号序列进行编码，比如格雷互补序列和瑞德穆勒编码技术；(3)概率上减少峰值功率出现的次数，常用的方法有选择性映射、子载波插入、子载波保留、部分传输序列和星座扩展方法等等。概率类技术就是不减少幅度的大小，避免了信号的失真，而是降低了峰值出现的概率。本专利技术所采用的是概率类技术中的子载波保留的方法。
技术实现思路
专利技术目的：提出将平行禁忌搜索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，本专利技术是采用如下的技术方案：运用平行禁忌搜索算法找到时域上峰值减少序列的位置，从而减少峰值信号出现的概率，以减少峰均功率比。具体的是，子载波保留的方法是利用峰值减少的子载波来产生峰值减少的信号，这部分的峰值减少的子载波是不带有数据信息的。然后将这些不带有数据信息的子载波加到原始的正交频分复用信号上，产生的新信号会比原始的正交频分复用信号的峰均功率比小。子载波保留的峰均功率比减少主要取决于两个因素：一个是最优的峰值减少序列的选择，另一个是最优的信号切削阈值。由于寻找到最优的峰值减少序列，需要对所有可能的峰值减少序列组合进行遍历搜索，算法的复杂度随着子载波数量的增加而急剧增长，在此我们认为这是一个非确定性多项式困难问题。所以，我们采用近似最优的峰值减少序列来进行解决峰均功率比过高的问题。本专利技术采用的是运用平行禁忌搜索算法来找寻峰值减少序列集，然后结合Tellado的博士论文中的梯度下降法减少峰值的切削。本专利技术有如下的有益效果是：算法复杂度低，收敛速度快，算法效果明显，能够较好地减少峰值信号出现的概率，从而减小峰均功率比。附图说明图1：正交频分复用系统的原理框图图2：方法流程图图3：平行禁忌搜索算法的算法流程图图4：平行禁忌搜索算法与其他算法在平均次峰值上的对比图图5：平行禁忌搜索算法与其他算法在峰均功率比减少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。本图主要描述了本专利的实现过程。首选需要在正交频分复用系统，产生随机的初始信号，经过调制解调等等一系列的步骤，产生可以发射出去的时间信号，计算初始信号的峰均功率比。然后经过传输信道，在接收端的部分，串并转换，移除保护前缀，解调出原始的信号，再次计算峰均功率比。然后，加入本专利提出的平行禁忌搜索方法，结合子载波保留的方式，能够找出峰值减少序列的位置，能够减少峰值信号部分出现的概率，从而最终达到减少高的峰均功率比的效果。最后，进行仿真验证，与传统的算法进行对比，得出本专利提出的平行禁忌搜索算法较为优异的结果。如图3所示，平行禁忌搜索算法的算法流程图。首先是随机产生初始序列集，初始化设定禁忌表。再进行四个禁忌搜索同时展开，得到四个禁忌搜索的最好解序列集，与当前所有解序列中的最优解进行比较，进行更新操作。最终得到四个序列，结合遗传算法中的交叉和变异操作，根据目标函数次峰值选择较好的序列解，完成一个循环迭代。将上一次迭代得到的最优解序列赋值给下一次迭代的初始序列，直至达到最大迭代次数，退出循环。对于每一个单独的禁忌搜索算法：随机产生一个初始序列，根据汉明距离为1产生初始序列的邻域，从邻域中计算所有序列的次峰值，找出最小次峰值对应的序列，作为候选解，将候选解与初始解序列进行次峰值的比较，选择次峰值较小的序列，作为下一次迭代的初始序列。将上一次迭代的序列放入禁忌表中，更新禁忌表。禁忌表的作用是：禁忌表里面存放了上次循环迭代的最好序列解，避免了局部循环。如图4所示，平均次峰值和迭代次数之间的关系图，随着迭代次数的增长，平均次峰值随之而下降。其中，相比较于其他算法，平行禁忌搜索算法的平均次峰值收敛的速度最快，收敛到的次峰值最小。所以，我们得到结论：平行禁忌搜索算法的效果较优。如图5所示，互补累积分布函数与峰均功率比之间的关系图。互补累积分布函数是峰均功率比超过某一个阈值的概率，可以有效地衡量峰均功率比减少的效果。平行禁忌搜索算法与其他一些算法取得的效果相似，但是平行禁忌搜索算法的复杂度较小，所以平行禁忌搜索算法较优。以上所述是本专利技术的较佳实施例，并不用限制本专利技术，凡在本专利技术的原则和精神之内，所做的修改和改进都在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于平行禁忌搜索算法的减少高峰均功率比问题的优化方案，其基本特征在于：这种方案是在正交频分复用系统中，首选将随机产生的信号通过编码、串并转换、数字调制、快速傅里叶变换、加入循环前缀，再通过线性功率放大器发射出去；在接收端，则是发射端的相反操作。本专利研究的是在信号通过线性功率放大器前，为了避免高的峰均功率比，借助平行禁忌搜索算法在概率上减少发射信号的峰均功率比。最后与已有的传统算法进行对比，比较的结论得出：相比于以前的算法，本专利采用的平行禁忌搜索算法可以很好地减少算法的复杂度，而且还保证了算法收敛的快速性，充分地体现了此算法的性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于平行禁忌搜索算法的减少高峰均功率比问题的优化方案，其基本特征在于：这种方案是在正交频分复用系统中，首选将随机产生的信号通过编码、串并转换、数字调制、快速傅里叶变换、加入循环前缀，再通过线性功率放大器发射出去；在接收端，则是发射端的相反操作。本专利研究的是在信号通过线性功率放大器前，为了避免高的峰均功率比，借助平行禁忌搜索算法在概率上减少发射信号的峰均功率比。最后与已有的传统算法进行对比，比较的结论得出：相比于以前的算法，本专利采用的平行禁忌搜索算法可以很好地减少算法的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仁杰，吴安平，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