基于蛙跳和爬山结合算法的PTS技术降低VLC-OFDM系统峰均功率比的制作方法

本发明涉及通信技术领域，主要涉及基于蛙跳和爬山结合算法的PTS技术降低VLC-OFDM系统峰均功率比的方案。

背景技术：

可见光通信（VLC）是指利用白光LED照明的同时，实现信号的高速传输。它可以替代无线局域网基站发射信号，并且具有丰富的频谱资源。可见光通信具有节能、高安全性等优点，是未来无线通信的一种有效的方式。然而VLC中存在着多径效应，并由此导致码间干扰（ISI）。ISI增加了系统的误码率（BER），严重影响了VLC系统的性能。

正交频分复用（OFDM）技术是一种多载波调制技术。它将高速传输的数据转换为若干并行的低速传输数据，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展对系统造成的码间干扰（ISI）。因此，OFDM调制技术被应用到VLC系统中来提高系统的抗多径干扰能力。然而，OFDM技术也有一些缺陷，比如存在高峰均功率比。当高峰值OFDM信号进入VLC-OFDM系统中的功率放大器和LED发射器的非线性区域时，会使系统的传输信号发生失真。这种非线性失真使子载波间产生带内干扰和带外辐射，导致通信系统的运行效率大大降低，从而使系统的通信性能衰退。因此，高PAPR是VLC-OFDM系统中不容忽略的问题之一。降低VLC-OFDM系统的PAPR对于通信系统的性能具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：降低VLC-OFDM系统的PAPR，提高系统的通信效率，减少系统的非线性失真，从而改善通信系统的性能。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于蛙跳和爬山结合算法的PTS技术降低VLC-OFDM系统峰均功率比的方案，包括以下步骤：S1、将串行数据转换为并行数据（S/P），然后进行快速傅里叶逆变换（IFFT）处理；S2、采用基于蛙跳和爬山结合算法的PTS技术（SFLAHC-PTS）对数据进行处理；S3、对数据进行并串变换（P/S）后，通过白光LED发射出去；S4、通过光电探测器接收数据信号，把接收的数据串并变换（S/P）后，进行解SFLAHC-PTS操作；S5、对数据进行快速傅里叶变换（FFT）以及并串转换（P/S），并解调输出。

上述技术方案具有如下优点：本发明对基于蛙跳算法的PTS技术（SFLA-PTS）进行优化，在 SFLA-PTS技术的基础上结合了爬山（Hill-Climbing）算法，得到了基于蛙跳和爬山结合算法的部分传输序列技术（SFLAHC-PTS）。SFLAHC-PTS技术在SFLA-PTS技术的基础上，利用爬山算法进行局部寻优，能更好的降低VLC-OFDM系统的PAPR。从而，进一步改善VLC-OFDM系统的性能。

附图说明

图1是本发明的方案的流程图；

图2是本发明的系统框图；

图3是SFLAHC-PTS原理框图；

图4是本发明与传统技术降低PAPR的对比仿真图；

图5是在计算复杂度相同的情况下，本发明与传统技术降低PAPR的对比仿真图；

图6是本发明处理信号前后波形对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明作进一步详细描述。

本发明提供了基于蛙跳和爬山结合算法的PTS技术降低VLC-OFDM系统PAPR的方案，具体流程如图1所示，包括以下S1、S2、S3、S4、S5这5个步骤：

S1、如图2前4部分所示，包括：产生原始数据、BPSK调制、串并变换、插入导频并进行IFFT操作。经过IFFT之后，得到OFDM调制信号。

S2、如图2第5部分所示，采用提出的SFLAHC-PTS技术处理信号。

SFLAHC-PTS技术原理框图如图3所示。SFLAHC-PTS本质上是对数据进行分组、优化处理后，重新组合来降低数据的PAPR。其具体操作是把信号中的一组OFDM数据符号分割成个子数据块，每个子数据块上的数据都乘以一个相应的加权系数 。然后组合子数据块，得到处理过的信号。 由于加权系数组合可以有多种不同取值方式，我们可以从中选择PAPR最低的一组作为最终的输出信号。因此，SFLAHC-PTS技术降低PAPR的关键在于：利用遗传蛙跳算法和爬山算法选取一个最优加权系数组合。

蛙跳算法：青蛙种群由（）只青蛙组成，每只青蛙代表了一个加权系数组合。青蛙种群被分成了个子群，每个子群中含有只青蛙。每只青蛙都在寻找食物（拥有最低PAPR的系数组合）。不同的子种群拥有不同的文化信息，分别执行自己子种群内的搜索。在每个子种群内，青蛙不仅可以得到各自的信息，而且还受到其他青蛙文化信息的影响。即每个子种群内，相距食物最远的青蛙会朝着子种群内相距食物最近的青蛙跳动。也就是拥有最高PAPR的系数组合会向拥有最低PAPR的系数组合方向靠拢。每个子种群中都会进行这种跳动，且跳动次数为。当所有子种群都跳动过次之后，计算每只青蛙的适应度值（系数组合对应的PAPR）。根据它们的适应度值，给它们降序排列。并重新将它们分为分成了个子群。与此同时，蛙跳算法的次数自动加1。然后，进行下一次的寻优操作。经过次操作，我们可以得到适应度值最好的青蛙。即PAPR最低的加权系数组合。

爬山算法：爬山算法也叫逐个修改法，是指对一个初始加权系数组合，依次从左至右，或从右至左逐位进行变异，并和变异前的初始加权系数组合进行比较，选出适应度值最好（PAPR最低）的加权系数组合。

蛙跳算法具有全局寻优和局部寻优的能力，然而，爬山算法具有更强的局部寻优能力。我们在基于蛙跳算法的PTS技术（SFLA-PTS）的基础上再次进行了局部优化，结合了爬山算法得到SFLAHC-PTS技术。用SFLAHC-PTS技术处理OFDM信号，可以很好地降低信号的PAPR。

S3、如图2第6-8部分所示，包括：并串变换、数模转换、通过LED发射信号。输入的数据并串变换后，进行数模转换，之后加上直流偏置后通过LED发射器发射出去。

S4、如图2第9-13部分所示。信号经过高斯信道，由光电探测器将光信号转换为电信号。然后，经过模数变换、串并变换后，进行解SFLAHC-PTS操作。

S5、如图2第14-17部分所示。包括：FFT操作、去除导频、并串变换、BPSK解调。最终恢复出原始信号。

图4中显示了传统PTS技术、基于遗传算法的部分传输序列（GA-PTS）技术、SFLA-PTS技术、与本发明对VLC-OFDM系统PAPR的降低情况。可以看出，SFLA-PTS技术比GA-PTS技术降低PAPR的效果好。同时，本发明对降低PAPR的效果比GA-PTS技术、SFLA-PTS技术要好的多。虽然传统PTS技术降低PAPR的效果最好，但是其计算量远远大于其它3种技术，所以实用性不强。本发明在SFLA-PTS技术的基础上，增加了部分计算量，但是大大的提高了降低PAPR的能力。

图5中显示了GA-PTS技术、SFLA-PTS技术、与本发明在计算量相同的情况下，降低PAPR的效果。从图5中很容易看出，在计算量相同的情况下，本发明的降PAPR性能仍然优于GA-PTS技术和SFLA-PTS技术。

图6中显示了本发明处理信号前后的波形对比图。可以看出，本发明可以有效地降低高峰值信号出现的概率，从而达到降低系统PAPR的目的。

由以上实施例可以看出，本发明能够有效地降低VLC-OFDM系统的PAPR。与传统PTS技术相比，本发明大大降低了其计算复杂度。与SFLA-PTS技术比较，本发明能够更大幅度地降低VLC-OFDM系统的PAPR。从而提高VLC-OFDM系统的通信效率，降低系统的非线性失真。