CN107743104A - 基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚降系数选择方法 - Google Patents

基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚降系数选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚降系数选择方法，扫描操作是对滚降系数α的取值范围进行采样，对采样点所对应的脉冲成形滤波器进行测试评估。缩放操作是根据采样点的评估结果进行缩小α取值范围或放大α取值范围。令α*表示最优滚降系数。若每次缩小α范围都是α*的闭包，则方法收敛于包含最优解的小邻域，邻域越小，其范围内的滚降系数对GFDM系统性能的影响变化越小，足够小时，即可视为是最优解。若缩小操作后，备选邻域不包含α*，方法收敛于局部最优后，放大操作能实现邻域间的移动与扩大，使方法最终收敛于α*。该方法能为不同脉冲成形滤波器选择适当的滚降系数，达到较低的误符号率。

Description

基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚 降系数选择方法
技术领域
本发明属于广义频分复用技术领域，具体涉及一种基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚降系数选择方法。
背景技术
无线通信正在向第五代移动通信技术(5G)迈进，许多国家都设立了5G技术推动组进行下一代通信技术和标准的研究与研发，力求达到更快速、更便捷、更稳定的服务质量。广义频分复用技术(GFDM)作为5G的多载波备选方案之一，与正交频分复用技术(OFDM)相比，具有频谱效率高、带外功率泄露少及子载波无须同步等优点。
在GFDM中，发送信号通过调制模块中使用脉冲成形滤波器(pulse shapingfilter,PSF)进行滤波，接受信号通过解调模块中使用PSF进行滤波。考虑协作通信场景，发送端和接收端使用相同的滤波器，匹配的滤波器可以达到最低的信号间干扰。PSF具体实现有许多中形式，每种方法都含有滚降系数(roll-off factor)，一般用α表示。不同的PSF方法能不同程度的影响GFDM信号的频谱特性和误符号率，滚降系数的选取亦能严重影响PSF方法的效能，从而决定着GFDM系统的误符号率表现。
公开的滚降系数的选取和使用方法非常少，主要有两类：一类是对滚降系数的估计方法，适用于非协作通信场景，接收端不知道发送端使用的滚降系数，为实现匹配滤波，需要估计发送端的滚降系数；另一类是对滚降系数的选取仅仅给出适当的范围，甚至只给出一个建议的取值，例如，根据经验将滚降系数定为0.35或0.5，尽量避免严重影响解调器的性能。目前，尚缺乏简单有效的滚降系数优化选择方案，在实际应用中不能完全发挥GFDM系统的功能。
发明内容
针对现有全局优化方法的不足之处，本发明提供一种基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚降系数选择方法，特别适用于GFDM调制解调器，能为不同脉冲成形滤波器选择适当的滚降系数，达到较低的误符号率，并且方法复杂度低，易于实现。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚降系数选择方法，包括以下步骤：
步骤1：配置扫描和缩放方法及GFDM系统；
步骤2：扫描阶段
在可行空间R上等间隔取Ns个样本点，初始时R＝Ω，Ω是滚降系数α的总可行空间，将R分割为Ns-1个区域，形成Ns个采样点，并对采样点进行评估，得到每个采样点的误符号率；
步骤3：缩小阶段
从Ns个采样点中选出误符号率最小的点作为当前最佳，选择包含该点的区域作为缩小后的新可行空间R，若没有到达最大扫描层数，则搜索进入下一层，转步骤2，直到到达最大扫描层数后，转步骤4；
步骤4：放大阶段
若当前搜索层仍有未搜索区域，则选取所有未搜索区域中函数值最小的点作为当前最佳，选择边界中包含该点的区域作为新的可行空间R，转步骤2；否则返回至上一层，继续查找未搜索区域，直到所有区域均已搜索完毕，转步骤5；
步骤5：终止算法，输出搜索过程中找到的最优解。
本发明的优点和有益效果为：
(1)扫描和缩放优化方法是确定性的方法，与穷举法相比，收敛速度更快，与启发式算法相比，具有全局收敛、无随机性等特点；
(2)与基于经验的选取方式相比，滚降系数的最佳选择能尽可能的保证GFDM系统的性能，达到较高的服务质量；
(3)方法适用于各种脉冲成形滤波器，且可以根据需求配置滚降系数优化方式。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2不同滚降系数下误符号率的比较，其中GFDM系统使用RRC成形滤波器。
图3不同滚降系数下误符号率的比较，其中GFDM系统使用Xia家族中第一个成形滤波器。
具体实施方式
一种基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚降系数选择方法，包括以下步骤：
步骤1：配置扫描和缩放方法及GFDM系统，具体的配置参数如表1所示，滚降系数α的可行空间Ω＝[0，1]，最大扫描层数lmax为2，每层扫描采样数Ns为11；
表1实施例参数配置
参数 取值
滚降系数α的可行空间Ω [0，1]
最大扫描层数lmax 2
每层扫描采样数Ns 11
最大迭代次数MFE 50
调制方式μ 4(QAM)
脉冲成形滤波器 RRC或Xia1
子载波数目K 64
子符号数目M 9
循环前缀长度Ncp 16
信道 AWGN
接收方式 匹配滤波器法(MF)
步骤2：扫描阶段。在可行空间R上等间隔取Ns个样本点，初始时R＝Ω，将R分割为Ns-1个区域，形成Ns个采样点；
分割完后每个区间长度为L＝(xmax-xmin)/Ns，其中xmax和xmin是变量α的在R中取值的上下界，第j个样本点的坐标为xmin+(j-1)L，进而得到每个样本点的坐标；
对采样点进行评估，得到每个点的误符号率，按照最小化标准进行排序，并按照次序标记分割形成的每个区域；在GFDM中，采用蒙特卡罗法产生一定量的数据，通过星座映射、调制器、循环前缀等步骤后生成发送信号，通过信道发送至接收端，接收端经过相应的逆过程后得到数据，原始数据与接受数据的差异可以计算出误符号率。其中，GFDM系统使用RRC成形滤波器，采样点的误符号率的计算方法如下：
设定滚降系数为采样点x，平方根升余弦(root raised cosine,简称RRC)成形滤波器的频率响应为：
Xia家族中第一个成形滤波器(Xia1)的频率响应为：
其中sgn是符号函数。
执行GFDM系统，计算误符号率公式如下：
其中Es是每个符号的平均能量，N0是噪声功率密度，ξ是噪声增强因子，erfc是互补误差函数；
步骤3：缩小阶段
从Ns个点中选出误符号率最小的点作为当前最佳，选择包含该点的区域作为缩小后的可行空间R，若没有到达最大扫描层数，则搜索进入下一层，转步骤2，直到到达最大扫描层数后，转步骤4；
步骤4：放大阶段
若当前搜索层仍有未搜索区域，则选取所有未搜索区域中函数值最小的点作为当前最佳，选择边界中包含该点的区域作为新的可行空间R，转步骤2；否则(即当前搜索层全部搜索完毕之后)返回至上一层，继续查找未搜索区域，直到所有区域均已搜索完毕，转步骤5；
步骤5：若所有区域均已搜索或达到迭代次数，则终止算法，输出搜索过程中找到的最优解。
对RRC成形滤波器的仿真实验的结果如图2所示。对于常用的α＝0.35、α＝0.5，注意到不同的滚降系数对误符号率有一定的影响；与本发明所得最优解α*＝0.18的曲线对比发现，α＝0.35和α＝0.5对应的曲线均在α*曲线的上方，这表明本发明所得最优解α*有效的降低了误符号率。
同理，对Xia1成形滤波器(Xia1成形滤波器是指Xia家族第一个成形滤波器，参考文献：X.Xia,“A family of pulse-shaping filters with ISI-free matched andunmatched filter properties,”IEEE Transactions on Communications,vol.45,no.10,pp.1157–1158,1997.)的仿真实验的结果如图3所示。可以看出，不同滚降系数对GFDM系统的误符号率有一定的影响；经过优化之后得到最优的α*＝0.42，使得系统在不同Es/N0下的误符号率得到提高。
图2和图3显示，不同成形滤波器对滚降系数的敏感程度是不一样的，但经过本发明方法的优化后，系统的性能均有一定的提升。
以上所述是本发明的具体实施例及扫描与缩放的技术原理，若依据本发明的构想所做的修改，其所产生的功能作用仍为超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于扫描和缩放的广义频分复用技术中脉冲成形滤波器的滚降系数选择方法，包括以下步骤：
步骤1：配置扫描和缩放方法及GFDM系统；
步骤2：扫描阶段
在可行空间R上等间隔取Ns个样本点，初始时R＝Ω，Ω是滚降系数α的总可行空间，将R分割为Ns-1个区域，形成Ns个采样点，并对采样点进行评估，得到每个采样点的误符号率。
步骤3：缩小阶段
从Ns个采样点中选出误符号率最小的点作为当前最佳，选择包含该点的区域作为缩小后的可行空间R。若没有到达最大扫描层数，则搜索进入下一层，转步骤2，直到到达最大扫描层数后，转步骤4；
步骤4：放大阶段
若当前搜索层仍有未搜索区域，则选取所有未搜索区域中函数值最小的点作为当前最佳。选择边界中包含该点的区域作为新的可行空间R，转步骤2；否则返回至上一层，继续查找未搜索区域，直到所有区域均已搜索完毕，转步骤5；
步骤5：终止算法，输出搜索过程中找到的最优解。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102315835A (zh) * 2011-05-06 2012-01-11 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种成形滤波器滚降系数估计方法
CN102073311B (zh) * 2010-12-17 2012-09-26 浙江大学 基于离散量子微粒群算法的机器零件加工流水线调度方法
WO2013072986A1 (ja) * 2011-11-14 2013-05-23 トヨタ自動車株式会社 パラメータ探索方法およびパラメータ探索システム
CN103399849A (zh) * 2013-06-24 2013-11-20 中南大学 一种基于改进型粒子群算法的道路三维线形自动优化方法
CN105974799A (zh) * 2016-07-15 2016-09-28 东南大学 一种基于差分进化-局部单峰采样算法的模糊控制系统优化方法
CN106611229A (zh) * 2015-12-04 2017-05-03 四川用联信息技术有限公司 一种求解作业车间调度问题的改进扰动方式的迭代局部搜索算法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102073311B (zh) * 2010-12-17 2012-09-26 浙江大学 基于离散量子微粒群算法的机器零件加工流水线调度方法
CN102315835A (zh) * 2011-05-06 2012-01-11 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种成形滤波器滚降系数估计方法
WO2013072986A1 (ja) * 2011-11-14 2013-05-23 トヨタ自動車株式会社 パラメータ探索方法およびパラメータ探索システム
CN103399849A (zh) * 2013-06-24 2013-11-20 中南大学 一种基于改进型粒子群算法的道路三维线形自动优化方法
CN106611229A (zh) * 2015-12-04 2017-05-03 四川用联信息技术有限公司 一种求解作业车间调度问题的改进扰动方式的迭代局部搜索算法
CN105974799A (zh) * 2016-07-15 2016-09-28 东南大学 一种基于差分进化-局部单峰采样算法的模糊控制系统优化方法

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