基于蝙蝠算法的OFDM系统中抑制PAPR的方法技术方案

本发明专利技术基于蝙蝠算法的OFDM系统中抑制PAPR的方法，该方法的具体步骤是：第一步，在OFDM系统中，发射端的信源二进制比特流经过映射、串并转换，形成多路低速的数据流Dm，该数据流Dm通过IFFT将信号调制到子载波上，得到信号IFFT(Dm)；第二步，采用蝙蝠算法优化第一步所产生的子载波的初始相位；第三步，用第二步得到的最优相位因子θm优化第一步产生的信号IFFT(Dm)，得到优化后的信号，优化后的信号再经过并串转换、加循环前缀、数模变换处理，生成OFDM信号送入信道，实现OFDM系统中高PAPR的抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及数字信息的多载波传输系统，具体地说是基于蝙蝠算法的OFDM系统中抑制PAPR的方法。
技术介绍
正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，以下称OFDM)技术是多载波传输技术之一，由于具有频谱利用率高、能有效对抗码间干扰、抗多径衰落等明显优势，近年来受到广泛的关注。但由于OFDM技术存在一系列的缺陷，使其在应用方面面临许多的困难和挑战，其中之一就是较高的峰值平均功率比(Peak-to-AveragePowerRatio，以下称PAPR)，简称峰均比。高PAPR会使传输信号产生失真，恶化整个系统的性能从而影响整个系统的效率，所以抑制PAPR问题是目前通信技术的研究热点。在OFDM系统中，发射信号是由多个独立的经过调制的子载波信号叠加而成，因此对于包含N个子载波的OFDM系统来说，当所有子载波相位相同时，就会出现高峰均比。目前，抑制PAPR的方法大致分为三类：一预畸变类技术，该技术采用非线性处理会引起信号失真，进而使系统误码率性能降低，且抑制效果不佳；二编码类技术，该技术随着子载波数的增加，PAPR的抑制性能会逐渐降低，因此在子载波数较多时该技术不适用；三信号扰码类技术，该技术着眼于降低PAPR出现的概率，与调制方式和子载波的个数无关，但缺点在于计算复杂度太大，抑制效果仍不够理想。综上，从寻求合适的相位优化组合的角度考虑降低OFDM信号的峰均比是一种重要的途径和方法。优化相位就是通过对各子载波添加合适的相位扰动从而使各子载波的相位在时间域中不能在同一时刻达到连续的相同，从根本上抑制较高PAPR的出现。相位优化组合法抑制PAPR的实质是一个全局寻优问题。对OFDM系统抑制PAPR的设计方法进行研究的现有技术状况有：[1]参考文献1《基于PSO-GA优化OFDM系统子载波相位抑制峰均比技术研究》中讨论了一种基于PSO-GA联合算法优化OFDM子载波相位的PAPR抑制方法，该方法有效改善了PSO算法易陷入局部最优的缺陷，但遗传算法的编程实现比较困难，且该算法中参数比较多，参数的选择直接影响解的品质，在实际应用中不具实时性和灵活性。[2]参考文献2《基于智能算法的OFDM系统PAPR抑制技术研究》中将基于改进细菌觅食(BFOA)算法与相位优化组合相结合，该方法能有效降低PAPR，但是改进细菌觅食算法参数比较多，算法的效率低，实现起来比较困难，且抑制效果仍不理想。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供基于蝙蝠算法的OFDM系统中抑制PAPR的方法，该方法在不过多增加系统复杂度的情况下，利用蝙蝠算法优化相位组合，能更好地抑制PAPR，克服了现有技术对PAPR抑制效果仍不理想，算法的效率低，实现起来比较困难的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：提供基于蝙蝠算法的OFDM系统中抑制PAPR的方法，该方法的具体步骤是：第一步，在OFDM系统中，发射端的信源二进制比特流经过映射、串并转换，形成多路低速的数据流Dm，该数据流Dm通过IFFT将信号调制到子载波上，得到信号IFFT(Dm)；第二步，采用蝙蝠算法优化第一步所产生的子载波的初始相位，蝙蝠算法优化子载波相位的具体步骤如下：1)初始化蝙蝠算法的参数，采用随机函数初始化各个蝙蝠的位置xi和速度vi，其中i∈[1,n]，n是蝙蝠个数；输入最大迭代次数iter_max、蝙蝠个数n、脉冲音量Ai、种群维数m、脉冲率ri、搜索脉冲频率范围[frmin,frmax]、音量的衰减系数α及搜索频率的增强系数γ；2)计算蝙蝠算法的适应度函数值蝙蝠算法的适应度函数直接由PAPR定义式给出，即一个OFDM符号内最大功率值和平均功率值的比值fitness=PAPR=10lgmax{|s|2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蝙蝠算法的OFDM系统中抑制PAPR的方法，该方法的具体步骤是：第一步，在OFDM系统中，发射端的信源二进制比特流经过映射、串并转换，形成多路低速的数据流Dm，该数据流Dm通过IFFT将信号调制到子载波上，得到信号IFFT(Dm)；第二步，采用蝙蝠算法优化第一步所产生的子载波的初始相位，蝙蝠算法优化子载波相位的具体步骤如下：1)初始化蝙蝠算法的参数，采用随机函数初始化各个蝙蝠的位置xi和速度vi，其中i∈[1,n]，n是蝙蝠个数；输入最大迭代次数iter_max、蝙蝠个数n、脉冲音量Ai、种群维数m、脉冲率ri、搜索脉冲频率范围[frmin,frmax]、音量的衰减系数α及搜索频率的增强系数γ；2)计算蝙蝠算法的适应度函数值蝙蝠算法的适应度函数直接由PAPR定义式给出，即一个OFDM符号内最大功率值和平均功率值的比值fitness=PAPR=10lgmax{|s|2}E{|s|2}---(1)]]>式中，s为本次迭代相位的OFDM时域信号值，max{·}表示取最大值，E{·}表示取平均值；根据公式(1)计算所有蝙蝠的初始化位置的适应度函数值，选取适应度函数值最小的蝙蝠位置对应的相位因子作为当前最优解Pg；3)更新蝙蝠i的搜索脉冲频率fri、速度和位置种群在进化过程中，每一代个体的搜索脉冲频率、速度和位置按公式(2)进行变化：fri=frmin+(frmax-frmin)βvit=vit-1+(xit-1-Pg)frixit=xit-1+vit---(2)]]>其中β∈[0,1]，是来自均匀分布的随机向量；fri是蝙蝠i的搜索脉冲频率，fri∈[frmin,frmax]；分别表示蝙蝠i在t和t‑1时刻的速度；分别表示蝙蝠i在t和t‑1时刻的位置；Pg是在n只蝙幅中的当前最优解；为新解；4)产生0到1之间的随机数rand1，判断是否满足rand1＞ri，若是，则对当前最优解Pg进行随机扰动，形成一个局部解xnew，该局部解替代步骤3)中的新解令若否，则直接跳过这一步；5)产生0到1之间的随机数rand2，根据公式(1)计算步骤3)或步骤4)中新解的适应度函数值，如果蝙幅i的新的适应度函数值优于当前适应度函数值f(Pg)，并且rand2＜Ai，则接受新解否则，直接跳过这一步；6)分别根据公式(3)和公式(4)更新脉冲音量Ai和脉冲率riAit+1=αAit---(3)]]>rit+1＝R0[1‑exp(‑γt)]            (4)；其中α和γ是常数；7)根据当前新解的适应度函数值重新编排蝙蝠个体，选取适应度函数值最小的蝙蝠位置对应的相位因子作为当前最优解Pg；8)判断当前的迭代次数是否满足最大迭代次数，即是否满足t＝iter_max，若满足则输出全局最优位置Pg'，得到PAPR值最小时所对应的相位因子序列，即最优相位因子θm，实现优化子载波相位的目的；否则返回到步骤3)；第三步，用第二步得到的最优相位因子θm优化第一步产生的信号IFFT(Dm)，得到优化后的信号优化后的信号再经过并串转换、加循环前缀、数模变换处理，生成OFDM信号送入信道，实现OFDM系统中高PAPR的抑制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于蝙蝠算法的OFDM系统中抑制PAPR的方法，该方法的具体步骤是：
第一步，在OFDM系统中，发射端的信源二进制比特流经过映射、串并转换，形成多路
低速的数据流Dm，该数据流Dm通过IFFT将信号调制到子载波上，得到信号IFFT(Dm)；
第二步，采用蝙蝠算法优化第一步所产生的子载波的初始相位，蝙蝠算法优化子载波相
位的具体步骤如下：
1)初始化蝙蝠算法的参数，采用随机函数初始化各个蝙蝠的位置x...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑飞，王少影，曾祥烨，卢嘉，王蒙军，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12