基于二进制粒子群的卫星ofdm载波优化配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及卫星通信领域中的卫星(FDM通信技术，尤其设及一种基于二进制粒子 群的卫星(FDM载波优化配置方法。
【背景技术】
[0002] 随着卫星通信技术的不断发展，各类技术的发展围绕着宽带化，自适应化的方向 不断延伸。OFDM技术在地面无线通信中得到了很好的应用能够有效提升频谱资源利用率， 是今后无线通信中传输层面的重要技术。卫星通信是一个典型的资源受限的应用场景，为 了有效提高载波的灵活性与频谱资源的高效性，将OFDM技术被应用至卫星通信中，可W借 鉴地面成熟的应用技术与场景，能够大大提升卫星载波的灵活配置能力。
[0003] 为了更好地将(FDM技术应用在卫星通信系统中，对载波参数的自适应配置技术是 十分关键的研究方向，利用二进制粒子群算法对卫星OFDM载波的功率、编码调制方式等参 数，进行多目标优化配置，能够有效提升载波额灵活配置能力，最大化与目标进行适配。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是提升卫星OFDM载波的在多参数上的快速灵活的优化配置能力，提升 资源与目标的适配性。本发明在卫星0抑M载波技术上引入二进制粒子群算法，主要是利用 该算法上，在收敛速度、稳定性上的优势，能够高效、快速地收敛到全局最优解，能够较好的 满足OFDM载波在复杂场景上的配置需要，并为系统的跨转发器资源利用提供了一条解决之 路。
[0005] 本发明所采取的技术方案为，基于二进制粒子群的卫星通信0抑M载波配置方法， 在OFDM传输体制之上利用二进制粒子群优化算法，针对自适应功率分配和自适应调制方式 进行灵活的优化配置，其特征在于具体包括下列步骤：
[0006] (1)根据卫星(FDM载波中优化的多目标参数，建立多目标函数；
[0007] (2)建立多目标函数后，利用二进制粒子群算法建立一个二进制随机粒子群并对 随机粒子进行初始化;其中，随机粒子由多目标参数编码组成；初始化包括随机粒子的位 置、速度、自学习因子、社会学习因子、惯性权重和迭代次数；
[000引（3)通过建立的多目标函数计算二进制随机粒子群中每个随机粒子的适应度值， 用W判断每个随机粒子位置距全局最优点的距离;其中，全局最优点为通过每次二进制粒 子群算法后寻找到的所有粒子的最优点；
[0009] (4)按照二进制粒子的位置与速度的迭代公式，更新随机粒子的位置与速度，同时 每次迭代中，每个随机粒子通过跟踪两个极值更新自己；两个极值为个体最优点和全局最 优点；
[0010] (5)判断是否达到设置的最大迭代次数，若是，则转入步骤（6);否则，返回步骤 (3);
[0011] (6)输出全局点gbest的值，作为卫星通信网络中的(FDM载波的配置参数；
[0012] 完成基于二进制粒子群的卫星(FDM载波优化配置过程。
[0013] 其中，步骤(2)中的多目标函数f(x)的数学表达式为：
[001引其中，fi被归一化到[(U]，w功第i个目标函数的权重系数，n为多目标的个数，W=
[wi,W2, ... ,Wn] ,Wi > 0, (I < i <m)i ：5
[0016] 本发明与【背景技术】相比具有如下优点
[0017] 1.与现有技术相比将卫星0抑M载波配置问题，建模成为一个全局优化问题，利用 归一化建模手段建立统一的目标函数，并借助于二进制粒子群算法进行多目标优化，提升 了系统解决复杂环境下多目标配置的能力，提高了频谱资源利用率，系统能够智能化地将 环境与需求进行适配，通过载波参数的配置。
[0018] 2.选用的二进制粒子群算法具有优化速度快，全局优化能力好的优点，适合复杂 多目标参数的快速配置。
【附图说明】
[0019] 图1为二进制粒子群的卫星(FDM载波优化配置方法组成框图
[0020] 图2为二进制粒子群随机粒子编码图 [0021 ]图3为二进制粒子群优化算法流程图
【具体实施方式】
[0022] 下面，结合图1，图2,图3对本发明作进一步说明。
[0023] -种基于二进制粒子群的卫星通信(FDM载波配置方法，核屯、思路如图1所示，从 信息码元输入单元，经过信道编码单元、串并变换单元、自适应功率分配单元、自适应调制 单元、IFFT单元、加循环前\后缀单元、低通滤波单元、上变频单元、进入卫星信道，完成OFDM 传输。核屯、是在该链路上引入二进制粒子群优化算法，用于指导自适应功率分配单元与自 适应调制单元工作。
[0024] 基于二进制粒子群的卫星通信(FDM载波配置方法，在0抑M传输体制之上利用二进 制粒子群优化算法，针对自适应功率分配单元和自适应调制单元进行优化配置，其特征在 于具体包括下列步骤：
[0025] (1)根据卫星(FDM载波中优化的多目标参数，建立多目标函数；
[00%]所述的多目标函数f (X)的数学表达式为： _巧
[0027] /的=完 ! = 1
[0028] 其中，fi被归一化到[0，l]，wi为第i个目标函数的权重系数，n为目标的个数，W = [Wl ,W2, . . .，Wn] ,Wi > 0 , (1。,冕*&>兴*在给定的目标函数和权重系数下，自适应调 整参数，使总的适应度达到最大值，从而达到多目标优化的目的。fi被归一化到[(U]，Wi为 第i个目标函数的权重系数，目标函数详细组成如下：
[0029] f (X) -Wlfmin-power+Wsfmin-ber+Wsfinin-data-rate
[0030] 针对不同的应用场景，设置不同的权重Wi，（6)式中，W1，W2，W3分别体现了不同应用 场景中，对低功耗目标、低误比特概率目标、高数据速率目标的偏好要求。
[0031] (2)建立多目标函数后，利用二进制粒子群算法建立一个二进制随机粒子群并对 随机粒子进行初始化;其中，随机粒子由多目标参数编码组成;初始化包括随机粒子的位 置、速度、自学习因子、社会学习因子、惯性权重和迭代次数；
[0032] 如图2所示，一组随机粒子数量为M，其中规划N个子载波，每个子载波由调制组合 与功率组合的编码组成，并进行二进制编码。
[0033] 如图3所示，初始化速度：K4=[也也…，冶]，冶巨巧，其?中请代表第i个粒子，在第k 次迭，第d维的速度，初始化位置：X,二的:1，…，.Tj.c)，4 ￡[0川，4代表第i个粒子的第d维 的位置，在第k次迭代更新的值；自学习因子为:C1，社会学习因子为：C2,惯性权重系数为： O O
[0034] (3)通过建立的多目标函数计算二进制随机粒子群中每个随机粒子的适应度值， 用W判断每个随机粒子位置距全局最优点的距离;其中，全局最优点为通过每次二进制粒 子群算法后寻找到的所有粒子的最优点；
[0035] (4)按照二进制粒子的位置与速度的迭代公式，更新随机粒子的位置与速度，同时 每次迭代中，每个随机粒子通过跟踪两个极值更新自己；两个极值为个体最优点和全局最 优点;二进制粒子群算法常被用来求解复杂的优化问题，速度更新公式如下：
[0036] vT =柳Ii + W\(Pbe诚-请)务CA(浊estl,-為)
[0037] 其中，如械f =[妃成，…:，始巧日麵=[姑，成,...，媒]分别是粒子个体最优点 和粒子全局最优点，粒子通过运两个最优点来更新自己的位置。ri，r2是随机产生均匀分布 的介于[0，1]的正实数在二进制情况下，粒子中每一维的位置被限定为0或1，速度可W是连 续值，可用Sigmoid函数将速度值转换到[(U ]之间，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是属于[0，1]的随机数，况巧公I)的值， 如果很大，说明取1的概率比较大，反之则取0的概率比较大。
[0041] (5)判断是否达到设置的最大迭代次数，若是，则转入步骤（6);否则，返回步骤 (3);
[0042] (6)输出全局最优点gbest的值，作为卫星通信网络中的OFDM载波的配置参数；
[0043] 完成基于二进制粒子群的卫星(FDM载波优化配置过程。完成卫星通
[0044] 信网络中的OFDM载波的优化配置过程。
【主权项】
1. 基于二进制粒子群的卫星OFDM载波配置方法，在OFDM传输体制之上利用二进制粒子 群优化算法，针对自适应功率分配和自适应调制方式进行灵活的优化配置，其特征在于具 体包括下列步骤： (1) 根据卫星OFDM载波中优化的多目标参数，建立多目标函数； (2) 建立多目标函数后，利用二进制粒子群算法建立一个二进制随机粒子群并对随机 粒子进行初始化;其中，随机粒子由多目标参数编码组成;初始化包括随机粒子的位置、速 度、自学习因子、社会学习因子、惯性权重和迭代次数； (3) 通过建立的多目标函数计算二进制随机粒子群中每个随机粒子的适应度值，用以 判断每个随机粒子位置距全局最优点的距离;其中，全局最优点为通过每次二进制粒子群 算法后寻找到的所有粒子的最优点； (4) 按照二进制粒子的位置与速度的迭代公式，更新随机粒子的位置与速度，同时每次 迭代中，每个随机粒子通过跟踪两个极值更新自己;两个极值为个体最优点和全局最优点； (5) 判断是否达到设置的最大迭代次数，若是，则转入步骤(6);否则，返回步骤(3); (6) 输出全局点gbe st的值，作为卫星通信网络中的OFDM载波的配置参数； 完成基于二进制粒子群的卫星OFDM载波优化配置过程。2. 根据权利要求1所述的基于二进制粒子群的卫星通信OFDM载波配置方法，其特征在 于:步骤(2)中的多目标函数f(x)的数学表达式为：其中，fi被归一化到[〇, 1]，Wi73弟1，丨、曰称:圈数的仪里乐破，W=[W1，W2, · · ·，Wn]，Wi 2 0， (1 < i <m)，= 1，n为多目标的个数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于二进制粒子群的卫星OFDM载波配置方法，它涉及卫星通信领域中的自适应传输技术。本发明针对卫星通信中OFDM多载波配置复杂且整体配置不灵活的特点，在配置算法中融入了二进制粒子群算法，利用其高效多目标优化能力提升多载波参数的配置性能。与现有技术相比，本发明二进制粒子群算法引入卫星通信中的OFDM多载波配置之中，能够提高系统对载波资源的全局配置与优化能力，使资源的使用与用户的需求进行适配。特别适用于解决多载波卫星网络中的载波配置与优化问题。
【IPC分类】H04B7/185, H04L27/26, H04L5/00, H04W72/04
【公开号】CN105634583
【申请号】CN201510997675
【发明人】张静, 蒋宝强, 苟晓刚, 马厚勇, 冯源
【申请人】中国电子科技集团公司第五十四研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月28日