基于二進制粒子群的衛(wèi)星ofdm載波優(yōu)化配置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的衛(wèi)星(FDM通信技術(shù)，尤其設(shè)及一種基于二進制粒子 群的衛(wèi)星(FDM載波優(yōu)化配置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，各類技術(shù)的發(fā)展圍繞著寬帶化，自適應(yīng)化的方向 不斷延伸。OFDM技術(shù)在地面無線通信中得到了很好的應(yīng)用能夠有效提升頻譜資源利用率， 是今后無線通信中傳輸層面的重要技術(shù)。衛(wèi)星通信是一個典型的資源受限的應(yīng)用場景，為 了有效提高載波的靈活性與頻譜資源的高效性，將OFDM技術(shù)被應(yīng)用至衛(wèi)星通信中，可W借 鑒地面成熟的應(yīng)用技術(shù)與場景，能夠大大提升衛(wèi)星載波的靈活配置能力。
[0003] 為了更好地將(FDM技術(shù)應(yīng)用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，對載波參數(shù)的自適應(yīng)配置技術(shù)是 十分關(guān)鍵的研究方向，利用二進制粒子群算法對衛(wèi)星OFDM載波的功率、編碼調(diào)制方式等參 數(shù)，進行多目標優(yōu)化配置，能夠有效提升載波額靈活配置能力，最大化與目標進行適配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是提升衛(wèi)星OFDM載波的在多參數(shù)上的快速靈活的優(yōu)化配置能力，提升 資源與目標的適配性。本發(fā)明在衛(wèi)星0抑M載波技術(shù)上引入二進制粒子群算法，主要是利用 該算法上，在收斂速度、穩(wěn)定性上的優(yōu)勢，能夠高效、快速地收斂到全局最優(yōu)解，能夠較好的 滿足OFDM載波在復(fù)雜場景上的配置需要，并為系統(tǒng)的跨轉(zhuǎn)發(fā)器資源利用提供了一條解決之 路。
[0005] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為，基于二進制粒子群的衛(wèi)星通信0抑M載波配置方法， 在OFDM傳輸體制之上利用二進制粒子群優(yōu)化算法，針對自適應(yīng)功率分配和自適應(yīng)調(diào)制方式 進行靈活的優(yōu)化配置，其特征在于具體包括下列步驟：
[0006] (1)根據(jù)衛(wèi)星(FDM載波中優(yōu)化的多目標參數(shù)，建立多目標函數(shù)；
[0007] (2)建立多目標函數(shù)后，利用二進制粒子群算法建立一個二進制隨機粒子群并對 隨機粒子進行初始化;其中，隨機粒子由多目標參數(shù)編碼組成；初始化包括隨機粒子的位 置、速度、自學(xué)習(xí)因子、社會學(xué)習(xí)因子、慣性權(quán)重和迭代次數(shù)；
[000引（3)通過建立的多目標函數(shù)計算二進制隨機粒子群中每個隨機粒子的適應(yīng)度值， 用W判斷每個隨機粒子位置距全局最優(yōu)點的距離;其中，全局最優(yōu)點為通過每次二進制粒 子群算法后尋找到的所有粒子的最優(yōu)點；
[0009] (4)按照二進制粒子的位置與速度的迭代公式，更新隨機粒子的位置與速度，同時 每次迭代中，每個隨機粒子通過跟蹤兩個極值更新自己；兩個極值為個體最優(yōu)點和全局最 優(yōu)點；
[0010] (5)判斷是否達到設(shè)置的最大迭代次數(shù)，若是，則轉(zhuǎn)入步驟（6);否則，返回步驟 (3);
[0011] (6)輸出全局點gbest的值，作為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的(FDM載波的配置參數(shù)；
[0012] 完成基于二進制粒子群的衛(wèi)星(FDM載波優(yōu)化配置過程。
[0013] 其中，步驟(2)中的多目標函數(shù)f(x)的數(shù)學(xué)表達式為：
[001引其中，fi被歸一化到[(U]，w功第i個目標函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，n為多目標的個數(shù)，W=
[wi,W2, ... ,Wn] ,Wi > 0, (I < i <m)i ：5
[0016] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有如下優(yōu)點
[0017] 1.與現(xiàn)有技術(shù)相比將衛(wèi)星0抑M載波配置問題，建模成為一個全局優(yōu)化問題，利用 歸一化建模手段建立統(tǒng)一的目標函數(shù)，并借助于二進制粒子群算法進行多目標優(yōu)化，提升 了系統(tǒng)解決復(fù)雜環(huán)境下多目標配置的能力，提高了頻譜資源利用率，系統(tǒng)能夠智能化地將 環(huán)境與需求進行適配，通過載波參數(shù)的配置。
[0018] 2.選用的二進制粒子群算法具有優(yōu)化速度快，全局優(yōu)化能力好的優(yōu)點，適合復(fù)雜 多目標參數(shù)的快速配置。
【附圖說明】
[0019] 圖1為二進制粒子群的衛(wèi)星(FDM載波優(yōu)化配置方法組成框圖
[0020] 圖2為二進制粒子群隨機粒子編碼圖 [0021 ]圖3為二進制粒子群優(yōu)化算法流程圖
【具體實施方式】
[0022] 下面，結(jié)合圖1，圖2,圖3對本發(fā)明作進一步說明。
[0023] -種基于二進制粒子群的衛(wèi)星通信(FDM載波配置方法，核屯、思路如圖1所示，從 信息碼元輸入單元，經(jīng)過信道編碼單元、串并變換單元、自適應(yīng)功率分配單元、自適應(yīng)調(diào)制 單元、IFFT單元、加循環(huán)前\后綴單元、低通濾波單元、上變頻單元、進入衛(wèi)星信道，完成OFDM 傳輸。核屯、是在該鏈路上引入二進制粒子群優(yōu)化算法，用于指導(dǎo)自適應(yīng)功率分配單元與自 適應(yīng)調(diào)制單元工作。
[0024] 基于二進制粒子群的衛(wèi)星通信(FDM載波配置方法，在0抑M傳輸體制之上利用二進 制粒子群優(yōu)化算法，針對自適應(yīng)功率分配單元和自適應(yīng)調(diào)制單元進行優(yōu)化配置，其特征在 于具體包括下列步驟：
[0025] (1)根據(jù)衛(wèi)星(FDM載波中優(yōu)化的多目標參數(shù)，建立多目標函數(shù)；
[00%]所述的多目標函數(shù)f (X)的數(shù)學(xué)表達式為： _巧
[0027] /的=完 ! = 1
[0028] 其中，fi被歸一化到[0，l]，wi為第i個目標函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，n為目標的個數(shù)，W = [Wl ,W2, . . .，Wn] ,Wi > 0 , (1。,冕*&>興*在給定的目標函數(shù)和權(quán)重系數(shù)下，自適應(yīng)調(diào) 整參數(shù)，使總的適應(yīng)度達到最大值，從而達到多目標優(yōu)化的目的。fi被歸一化到[(U]，Wi為 第i個目標函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，目標函數(shù)詳細組成如下：
[0029] f (X) -Wlfmin-power+Wsfmin-ber+Wsfinin-data-rate
[0030] 針對不同的應(yīng)用場景，設(shè)置不同的權(quán)重Wi，（6)式中，W1，W2，W3分別體現(xiàn)了不同應(yīng)用 場景中，對低功耗目標、低誤比特概率目標、高數(shù)據(jù)速率目標的偏好要求。
[0031] (2)建立多目標函數(shù)后，利用二進制粒子群算法建立一個二進制隨機粒子群并對 隨機粒子進行初始化;其中，隨機粒子由多目標參數(shù)編碼組成;初始化包括隨機粒子的位 置、速度、自學(xué)習(xí)因子、社會學(xué)習(xí)因子、慣性權(quán)重和迭代次數(shù)；
[0032] 如圖2所示，一組隨機粒子數(shù)量為M，其中規(guī)劃N個子載波，每個子載波由調(diào)制組合 與功率組合的編碼組成，并進行二進制編碼。
[0033] 如圖3所示，初始化速度：K4=[也也…，冶]，冶巨巧，其?中請代表第i個粒子，在第k 次迭，第d維的速度，初始化位置：X,二的:1，…，.Tj.c)，4 ￡[0川，4代表第i個粒子的第d維 的位置，在第k次迭代更新的值；自學(xué)習(xí)因子為:C1，社會學(xué)習(xí)因子為：C2,慣性權(quán)重系數(shù)為： O O
[0034] (3)通過建立的多目標函數(shù)計算二進制隨機粒子群中每個隨機粒子的適應(yīng)度值， 用W判斷每個隨機粒子位置距全局最優(yōu)點的距離;其中，全局最優(yōu)點為通過每次二進制粒 子群算法后尋找到的所有粒子的最優(yōu)點；
[0035] (4)按照二進制粒子的位置與速度的迭代公式，更新隨機粒子的位置與速度，同時 每次迭代中，每個隨機粒子通過跟蹤兩個極值更新自己；兩個極值為個體最優(yōu)點和全局最 優(yōu)點;二進制粒子群算法常被用來求解復(fù)雜的優(yōu)化問題，速度更新公式如下：
[0036] vT =柳Ii + W\(Pbe誠-請)務(wù)CA(濁estl,-為)
[0037] 其中，如械f =[妃成，…:，始巧日麵=[姑，成,...，媒]分別是粒子個體最優(yōu)點 和粒子全局最優(yōu)點，粒子通過運兩個最優(yōu)點來更新自己的位置。ri，r2是隨機產(chǎn)生均勻分布 的介于[0，1]的正實數(shù)在二進制情況下，粒子中每一維的位置被限定為0或1，速度可W是連 續(xù)值，可用Sigmoid函數(shù)將速度值轉(zhuǎn)換到[(U ]之間，其大小代表取1的概率：
[0039] 位置更新公式如（10)式所示，其中P是屬于[0，1]的隨機數(shù)，況巧公I)的值， 如果很大，說明取1的概率比較大，反之則取0的概率比較大。
[0041] (5)判斷是否達到設(shè)置的最大迭代次數(shù)，若是，則轉(zhuǎn)入步驟（6);否則，返回步驟 (3);
[0042] (6)輸出全局最優(yōu)點gbest的值，作為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的OFDM載波的配置參數(shù)；
[0043] 完成基于二進制粒子群的衛(wèi)星(FDM載波優(yōu)化配置過程。完成衛(wèi)星通
[0044] 信網(wǎng)絡(luò)中的OFDM載波的優(yōu)化配置過程。
【主權(quán)項】
1. 基于二進制粒子群的衛(wèi)星OFDM載波配置方法，在OFDM傳輸體制之上利用二進制粒子 群優(yōu)化算法，針對自適應(yīng)功率分配和自適應(yīng)調(diào)制方式進行靈活的優(yōu)化配置，其特征在于具 體包括下列步驟： (1) 根據(jù)衛(wèi)星OFDM載波中優(yōu)化的多目標參數(shù)，建立多目標函數(shù)； (2) 建立多目標函數(shù)后，利用二進制粒子群算法建立一個二進制隨機粒子群并對隨機 粒子進行初始化;其中，隨機粒子由多目標參數(shù)編碼組成;初始化包括隨機粒子的位置、速 度、自學(xué)習(xí)因子、社會學(xué)習(xí)因子、慣性權(quán)重和迭代次數(shù)； (3) 通過建立的多目標函數(shù)計算二進制隨機粒子群中每個隨機粒子的適應(yīng)度值，用以 判斷每個隨機粒子位置距全局最優(yōu)點的距離;其中，全局最優(yōu)點為通過每次二進制粒子群 算法后尋找到的所有粒子的最優(yōu)點； (4) 按照二進制粒子的位置與速度的迭代公式，更新隨機粒子的位置與速度，同時每次 迭代中，每個隨機粒子通過跟蹤兩個極值更新自己;兩個極值為個體最優(yōu)點和全局最優(yōu)點； (5) 判斷是否達到設(shè)置的最大迭代次數(shù)，若是，則轉(zhuǎn)入步驟(6);否則，返回步驟(3); (6) 輸出全局點gbe st的值，作為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的OFDM載波的配置參數(shù)； 完成基于二進制粒子群的衛(wèi)星OFDM載波優(yōu)化配置過程。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于二進制粒子群的衛(wèi)星通信OFDM載波配置方法，其特征在 于:步驟(2)中的多目標函數(shù)f(x)的數(shù)學(xué)表達式為：其中，fi被歸一化到[〇, 1]，Wi73弟1，丨、曰稱:圈數(shù)的儀里樂破，W=[W1，W2, · · ·，Wn]，Wi 2 0， (1 < i <m)，= 1，n為多目標的個數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于二進制粒子群的衛(wèi)星OFDM載波配置方法，它涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的自適應(yīng)傳輸技術(shù)。本發(fā)明針對衛(wèi)星通信中OFDM多載波配置復(fù)雜且整體配置不靈活的特點，在配置算法中融入了二進制粒子群算法，利用其高效多目標優(yōu)化能力提升多載波參數(shù)的配置性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明二進制粒子群算法引入衛(wèi)星通信中的OFDM多載波配置之中，能夠提高系統(tǒng)對載波資源的全局配置與優(yōu)化能力，使資源的使用與用戶的需求進行適配。特別適用于解決多載波衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的載波配置與優(yōu)化問題。
【IPC分類】H04B7/185, H04L27/26, H04L5/00, H04W72/04
【公開號】CN105634583
【申請?zhí)枴緾N201510997675
【發(fā)明人】張靜, 蔣寶強, 茍曉剛, 馬厚勇, 馮源
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月28日