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1、人工人工蜂群算法降低人工人工蜂群算法降低 OFDMOFDM 系统的峰均比研究系统的峰均比研究摘要：部分传输序列（PTS）是降低 OFDM 系统中的峰均比应用最多的方法，但其计算复杂度较高找到最优相位因素的计算复杂度较高是主要的缺点。在本文中，我们建议将 PTS 建立在人工蜂群算法的基础上（artficial bee colony (ABC) algorithm (ABC-PTS) ，以此来降低 PTS 算法在降低 OFDM 系统的峰均比的计算复杂度。此外，ABC-PTS 的误比特率性能显示一个高功率放大器(HPA)用于加性高斯白噪声（AWGN）和瑞利衰落信道模型。固态功率放大器(SSPA)和行
2、波管放大器(TWTA)是常用的 HPA 模型,并且模拟实现了这两种 HPA 模型，仿真结果表明，在 OFDM 系统中 ABC-PTS 非常成功地减少了传统 PTS 和误码率的计算复杂度。关键字：OFDM PAPR PTS 人工蜂群算法 大功率放大器1.引言正交频分复用技术是广泛使用的无线通信系统，这个系统需要一个高比特率和高容量传输。除了 OFDM 系统的优点，主要的缺点是高峰均比的信号导致1误比特率(BER)性能下降。此外，应减少或消除非线性失真和高功率放大器的功率效率(HPA)。抑制这一问题，许多的降低 PAPR 的方法已在文献中，这样的3 , 2作为限幅，编码，选择映射（SLM），TI，
3、子载波预留（TR），活 46, 58 ,7 9 9跃的星座扩展（ACE），和部分传输序列（PTS）。限幅是最简单的方法 1013,11应用，但它扭曲的信号，降低了系统的误码率。Ti，TR，和 ACE 不扭曲的信号，但这些方法会造成传输信号的能量的增加。SLM 不扭曲信号也导致在信号能量的增加，但其应用比其它方法更复杂。PTS 是一种无失真和有效降低 PAPR 的方法；由于这个原因，它是研究最多的一种在降低 PAPR 的方法。在本文中，我们提出了一种基于人工蜂群（ABC）算法（ABC-PTS）为用较少的搜索，以克服传统的降低 PAPR 的 PTS 的缺点。的 ABC 算法是一个智能 14的粒子群
4、优化算法的，它模拟智能觅食行为的蜜蜂群。它显示了其他性能优越如超启发式粒子群优化（PSO），二微分进化（DE），和遗传算法（GA）。17-14此外，该 ABC-PTS 误比特率性能相比，固态功率放大器（SSPA）与不同输入补偿（IBO）和平滑因子（P）值，和行波管放大器（TWTA）的不同输入补偿（IBO）值分别用于加性高斯白噪声（AWGN）便于在瑞利衰落信道模型的应用。本文的组织如下：在第 2 节中，描述了系统模型。在 3 节中，介绍了对ABC-PTS 算法给出了 PAPR 问题中的应用。在 4 节中，仿真结果与 ABC-PTS 计算复杂度进行了分析。5 部分是结论2.系统模型比特流从用户是交
5、错消除突发错误的信道引起的。交错信号映射 QAM，和然后采用降低 PAPR 的 PTS。PTS 需要边信息，其中有要被发送到在系统的接收机获得原始 OFDM 信号。循环预载波然后插入的信号，这是放大器的 fi受 HPA 来消除码间干扰（ISI）来自通信信道。的循环预载波从发射信号在接收机中删除。在快速傅立叶变换（FFT），相位旋转应用于从侧面信息得到原始 OFDM 信号的相位。然后 QAM 进行解调。最后，每个 QAM 解调符号进行了中位原来的地方由解交织流。2.1.OFDM 系统信号的峰均比(PAPR)一个连续时间的复包络的发送的 OFDM 信号定义为:（1）,0 ,1210NTteXNtx
6、fktjNnk其中输入数据向量，和 N 是子载波的数量。每个符号 X 是110,.,NXXXX正交幅度调制（QAM）映射和每个符号都分配到一个子载波在频率，在子载波间隔,T 是符号周一个 OFDM 信号。然, 10 ,NkfkfkNTf1而，降低 PAPR 的 PTS 是离散时间信号的要求。为此，本离散 OFDM 信号：(2),0 ,1210LNteXNtxLNknjNnn其中 L 是过采样因子。OFDM 信号过采样 ASL = 4 这样的值，在离散时间的 PAPR是几乎一样的连续时间信号。过采样 OFDM 信号变换为 x = ,.0x1x和离散时间信号的 PAPR 表示为:1xLN(3) ,
7、102max 2nxEnxLNn PAPR 其中：是预期值的 OFDM 信号的符号，互补累积密度函数（CCDF）是常用E的降低 PAPR 的性能准则的 CT 显示，和它的方法 PAPR 的互补累积分布函数是在一定水平的峰均功率比（PAPR）。 0PAPRxPAPRPCCDFr2.2.PTS 降低 PAPR 的方法PTS 方法的框图如图 2 所示。在 PTS，输入数据向量 x 的划分为 V 脱节的子块。三分区的方法，我们选择随机划分方法，它提供了最佳的 PAPR 性能。 12分区分块 X 表示为（4） 10VvvXX子块向量进行过采样（L1）n 补零测量的连续时间的价值 PAPR。过采样的子块进
8、行逆快速傅里叶变换（IFFT）的大小在运行.子块转化为： 13，。每个子块的旋转通过相位因子， v LNvvvxxxX110,.,10Vvj veb 。最后，PTS 算法经过子块相加的操作后 OFDM 信号为：2 , 0（5） 10Vvv vxbnxPTS 算法的目的是找到最优相位因子，然后再相位优化。由于相位因子的子块为，有 1 种组合性B，其中，W 是相位因子数。在10b121,.,Vbbbb序列 B，值如下：vb(6) 4, 12,1WifjWifbv因此，信息（SI）由 B 和 Si 的长度为字节。 WVR2log1IFFTIFFT+IFFT优化算法输出1X2XyXX图 1 对 ABC
9、-PTS 模型框图2.3. SSPA 和波形放大器模型SSPA 和非线性放大器 TWTAfiERS 用于放大器的 fi阳离子的 OFDM 信号。信号失真和系统的误码率性能的退化 SSPA 和行波管放大器。振幅、振幅（AM/AM）和幅度/相位（AM/PM）的特点是固态不变的：（7） ,12102ppSSPAAnxnxnxA （8） , 0 nxSSPA是输入信号的幅度，是输出饱和振幅，是平整度的有效控制， nx0Ap是输出信号的幅度，和的 SSPA 输出相位响应。SSPA 输出信号定义为:SSPAASSPA（9） ,nxnxj SSPASSPAenxAnr是的相位，振幅（振幅/ AM / AM）
10、和幅度/相位（AM/PM）在行波 nx nx管放大器的特征是：（10） ,222inin TWTAAnxnxAnxA （11） ,3222inAnxnxnxTWTA 是输入饱和电压，是输出信号的幅度，和是行波管放大器的输出inATWTAATWTA对行波管放大器的相位响应。对行波管放大器输出信号定义为：（12） .nxnxj TWTATWTAenxAnrSSPA 或行波管工作点一般是由 IBO 参数确定和表达,如：（13）,log10,max 10 inavePPIBO是输入信号的平均功率和的 SSPA 或峰值功率行波管放大器。inaveP, nxmaxP3.ABC 的 PTS 算法该人工蜂群（
11、ABC）算法，它模拟了蜂群的觅食行为，通过 karaboga最 14近提出的。在 ABC 算法中，人工蜂群包含 3 个主体：雇佣蜂、观察蜂和侦察蜂。第一个蜜源（解向量）位置是随机确定的。在 PAPR 抑制问题中，蜜源的位置可用相位矢量，表示，是蜂群大小的符号，包括121,.,ViiiibbbbSNi,.,1SN雇佣蜂、观察蜂和侦察蜂。采用蜜蜂寻找在以前的源附近的一个新的食物源。如果新的蜜源丰富程度（适应值大小）比前一个大，新的蜜源作为一个可能的最佳的解决方案。在 ABC-PTS，新的相位矢量（新的蜜源）的表达：（14）,kiiiibbbb为双附近的解决方案，并在中选择一随机数，蜜源的花蜜量的质
12、量kb1 , 1i决定解决方案的适应度。一个解决方案的适应度表示为：（15） , 01011iii iiit bfbfabsbfbfbf其中表示信号的 PAPR 值所需的最低限度。雇佣蜂分享蜜源给在蜂巢的观 ibf察蜂。观察蜂然后移动到蜜源根据蜜量（适应值）确定价值。一个观察蜂选择蜜源的概率计算：（16） SNiii i bfitbfitp1一个观察蜂到达食物源后，根据蜜源的丰富程度，观察蜂记录到目前为止的最优值，完成它们的搜索，如果蜜源没有迭代次的提高则被称为“极限”的价值，便放弃该蜜源，并将该蜜源记录在禁忌表中，同时该蜜源对应的雇佣蜂转变为侦察蜂，按如下方式随机产生一个新的蜜源位置：（17
13、） ,1 , 0minmaxminiiiibbrandbb和为相位矢量的上下界。 minib maxib重复上述步骤，在一个周期内，称为最大循环数（MCN）。在一个循环内，产生可能的的解决方案。在 ABC-PTS 算法，可能的解决方案产生适应SNSNMCN 值的最佳相位矢量。基本 ABC-PTS 算法的步骤为：1.初始化相位矢量。ib2.随机产生序列。3.根据（15）初始化种群解。4.重复。5.新的相位向量是在蜜源附近的的雇佣蜂用方程（14）评估每个，用方程ibib（15）。6.观察蜂选择的食物来源，利用方程（16）。7.观察蜂寻找新的相位向量利用方程（14）和评估各的适应值我使用方程ib（1
14、5）。8.如果没有达到极限值，转到步骤 6。否则，继续。9.给侦察蜂新找到的随机的相位矢量用方程（17）。10.记录最优解。11.until cycle=MCN。4.仿真结果在这一部分中，我们将展示 ABC-PTS 性能方面的降低 PAPR 和 BER 准则。在我们的模拟结果中，OFDM 系统有的子载波，采用 QAM 调制与灰度编码。256NSSPA,。TWTA。过采样因子的发送信号 L dBIBO630 ，2 , 5 . 0pdBIBO9 , 6 , 3 , 0= 4。通信信道为 AWGN，利用瑞利衰落模型。在 PTS 算法中，OFDM 信号随机分为 v = 16 个子块，并当相位因子数为
15、W = 2，相因素成为。ABC-PTS 和1vbRS-PTS 比较搜索的数量相量比，每个搜索按照顺序创建。在121,.,VbbbbRS-PTS 算法中，B 元素是随机选择的。在图 2 中，降低 PAPR 的性能表现为原始 OFDM 信号，ABC-PTS，与最优PTS。在 ABC-PTS 算法中，搜索次数。SNMCNII，1024,256,64的值分别为的搜索次数。“limit”的值为 10。原SNMCN 4256, 464, 416来的 OFDM 信号的峰均功率比为 11.22 dB 时。 ABC- 3 010Pr PAPRxPAPRPTS 为 64，256，和 1024 时的 PAPR 搜索结果分别为 7.50dB，7.17 dB 和 6.91 dB。优化的 PTS PAPR 为 6.64 dB。
