基于群智能算法的非均匀星座优化研究

发布时间：2020-06-21 15:05

【摘要】：全球信息化和海量信息的传输需求,推动着通信技术的飞速发展。物理层中的调制解调模块作为通信系统的基础和关键模块,对整个系统信息传输的准确性产生着重要影响。其中,星座图映射是符号调制的必要步骤,其性能的优化对解调效果的提升起着至关重要的作用。目前LTE系统中常用的星座图为归一化QAM均匀星座图,而在AWGN信道条件下,均匀的星座点分布并非最优,若采取某种算法使均匀星座图分布得到优化,可以使得系统在相同的信道和参数条件下,获得更好的解调误码率性能。现如今,非均匀星座调制已成为3GPP讨论的关键技术之一。若想进一步提升非均匀星座图的性能,需要从具体的实现算法入手,而目前很少有文献对非均匀星座图的具体优化算法和实现进行阐述。本论文基于以上背景,对非均匀星座图的优化方案进行研究与设计,完成的主要工作和达到的仿真效果如下:(1)设计基于遗传算法的非均匀星座图优化方案,对方案中的选择算子、交叉算子和变异算子等关键模块进行详细设计与改进,确定最优的算子类型。对调制阶数的影响、适应度函数算法类型等进行研究与改进。最终确定最佳参数配置,并针对解调误码率性能进行仿真加以验证。在最佳参数条件和AWGN条件下,优化后的非均匀星座图误码性能提升约4-5个百分点。(2)设计基于粒子群算法的非均匀星座图优化方案,对惯性权重系数、学习因子以及调制阶数等因素的影响进行研究,对粒子群位置更新算法以及最佳历史位置更新等模块的设计与改进进行了详细阐述,并针对解调误码率性能进行仿真加以验证。在最佳参数条件和AWGN条件下,优化后的非均匀星座图误码性能提升约3-4个百分点。(3)对不同非均匀星座图优化方案进行比较,并比较了两种群智能算法与梯度下降算法之间优化结果的异同。本文研究,可以为以后非均匀星座图优化方案的进一步改进以及非均匀星座图性能的进一步优化做参考,具有有效性和实用性。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP18;TN929.5
【图文】：

索尼公司,星座图,非均匀,示例

３ＧＰＰ会议提案中，华为、海信、索尼等公司都提出过针对非均匀逡逑星座图的提案［２Ｕ２２］。在这些提案中，索尼公司展示了一维与二维非均匀星座图的逡逑分布示例，如图１－１所示，左右分别为２５６阶一维和二维非均匀星座图［２１］２：逡逑？邋？邋＊＃？？？？？？？？＊？邋？邋■＊逦｜邋ｊ逦＊邋＊邋＊邋？逦，逡逑１邋ｉ逦＃邋秦栜逦＾逡逑＊邋？邋＊邋？邋＊邋＊逡逑＊逦？逦？？邋？？？？＊？？？＊？逦＊逦？逦１逦翁辛．《＃？逡逑Ｉ逦Ｉ邋？？篇？邋？逦？逡逑：：：：：：：：：：：：：：：：邋０５逡逑＾０：邋：ｒ逦？邋ｎ：：：澈：淑：：？逡逑Ｉ邋：：：：：：：：：：；：：：：：逦ｓ邋？逦＊逡逑＂邋：：：：：：：：：：：：：：：：逦＂５邋＊．邋＊；邋Ｖ＊邋Ｖ邋．＊逡逑＊邋？＊＊＊？？＊＊？？？？？？邋？逦－ｉ逦＊邋＃邋＊＊＊＊？？邋＊邋？逡逑＊逦＊＊＊＊＊＊＊？？＊＊？？？邋？邋＊邋＊邋？邋＊邋＃邋＊逡逑？邋？邋？？？？？＊？？？？？？邋？邋？逦－ｔｓ逦＊邋＊邋？邋＊逡逑－２逦－ｌ逦０逦｝逦２逦＞Ｌ５逦－５逦－０．５逦０邋ｔｌＳ邋＼逦１，５逡逑图１－１索尼公司提案中２５６阶非均匀星座图分布示例Ｕ８］逡逑３逡逑

流程框图,种群,适应度函数,曲线收敛

图２＿１遗传算法基本原理流程框图逡逑适应度函数值随迭代次数的曲线收敛，此时的种群便为最佳种群，是问题的最优解。逡逑２．邋２适应度函数逡逑遗传算法中，适应度代表个体在种群中的适应程度，是描述个体性，适应度的值用来表征个体的性能优劣，适应度的计算是遗传算法操作的前提。从生物学角度讲，适应度相当于“生存竞争、适者生存能力，在遗传过程中具有重要意义［３６］。逡逑遗传算法中，通过若干次迭代，种群逐步实现进化，而进行个体优，便是种群中每一个个体的适应度大小，即适应环境的个体拥有更。根据适应度的大小，对个体进行优胜劣汰，由此可见，适应度是的动力。在实际工程应用中，通常根据所要研宄的问题，规定一个函数，将优化问题的目标函数与个体的适应度建立映射关系，即可程中实现对优化问题目标函数的寻优。适应度函数也称评价函数，目标一致，譬如本论文在后续章节中要介绍的非均匀星座优化问

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