一种基于最优分簇策略的序列集设计方法与流程

本发明属于无线通信技术与雷达技术领域，涉及一种基于最优分簇策略的序列集设计方法。

背景技术：

随着现代无线通信技术和雷达技术的高速发展，频谱资源变得越来越珍贵，如何在有限的频谱内实现更多功能，有效的提高频谱的利用效率是现代电子技术所要解决的关键性问题。频谱分簇技术能够通过划分可用频谱，减小tdcs中不同用户或mimo雷达中不同发射天线之间的干扰，提高频谱的利用效率，提升系统性能。

传统的tdcs系统的是不分簇的，因为每个序列都占用相同的频谱，随着序列数的增多，由序列带来的多用户干扰(multi-userinterference，mui)就会显著提升。传统tdcs在高用户数的时，有较差的误码率性能，如：当用户数大于6时，传统tdcs的误码率(biterrorratio，ber)性能被认为是很差的。而改进的基于分簇的tdcs系统中，通过分簇能有效的提高系统的多址接入能力。传统的频谱分簇策略主要有三种：连续频谱分簇，均匀离散频谱分簇与随机离散频谱分簇，其中基于蒙特卡罗法的随机离散频谱分簇被认为是这三种分簇方式中最优的。然而，这种分簇方法是随机的，几乎无法得到真正的最优分簇策略，而且通过伪随机序列生成的序列集有着较高的papr特性，高功率传输时会受到功率放大器非线性失真的影响。

技术实现要素：

为解决上述的频谱分簇序列集中所存在的问题，本发明提出了一种基于最优分簇策略的序列集设计方法。

本发明的技术方案为：

设子载波数为n，n为素数，分簇的数目为l，每一组上的用户数为u，总的用户数为ul，最优的分簇策略如下所示：

s1、寻找参数为的循环差集，其中：为向下取整，具体步骤如下：

s11、根据：代入已知的子载波数n和分簇数l，计算λ值，粗判断(n,n/l,λ)循环差集是否存在：若λ值为整数，则循环差集可能存在，若λ不为整数，则循环差集一定不存在，通过上式调整子载波数n和分簇数l使得λ为整数。

s12、通过已有的循环差集生成方法寻找参数为的循环差集，并通过该循环差集可构造出n个循环差集。从这n个循环差集中选取l个，选取原则是这l个循环差集相同的元素最少。

s2、根据选取的l个循环差集，将频谱划分为l簇，此时分簇策略是最优的。具体步骤如下：

s21、将循环差集映射为长度为n的子载波状态标记向量al＝[al(1),al(2),...,al(n)]，其中：表示子载波中循环差集中元素所对应位置上的子载波可用，代表子载波中不属于循环差集中元素所对应位置上的子载波不可用。

s22、将可用子载波上的信号模值固定为同一个常数ε，ε为信号的功率归一化算子，此时，序列的自相关性最好。

s3、根据s2得到的每一簇的子载波标记向量al，通过循环相位映射算法设计低papr的序列集，具体步骤如下：

s31、给出一个初始的随机相位序列集合：p＝[p1,p2,…,pu]，其中：mu(n)∈[0,2π)是第u个用户第n个子载波上的信号相位，根据子载波标记向量al，生成初始的最优分簇序列集：q⁰＝ε·diag(al)p。

s32、固定q^k不变，计算频域序列集q^k的时域序列集：q^k＝f^hq^k，其中f为dft矩阵，可用ifft加速。只取q^k的相位信息可得：

a＝exp(j·angle(q^k))

其中，angle()为取相位操作。

s33、固定a不变，计算a所对应的频域序列集：b＝fa，同样可用fft加速计算，根据b更新最优分簇序列集q^k+1：

q^k+1＝ε·diag(a)exp(j·angle(b))

s34、重复s32和s33，直到达到预先给定的算法停止条件：

||q^k+1-q^k||≤10^-3ork≥100

其中||||代表矩阵的frobenius范数，k≥100为算法提供可控运行时间。

本发明的技术方案，在波形设计之前，首先对子载波进行分簇。具体为：寻找与子载波总数n和分簇数l相关的循环差集，经证明，以循环差集生成的载波标记向量可以使得分簇序列的自相关性达到最优。再由该循环差集生成一组循环差集，从这些循环差集中选取元素相同最少的l个循环差集生成l个不同最优分簇策略的载波标记向量。然后针对每一个载波标记向量设计一个低papr和最优相关的序列集。

在最优分簇策略的序列集设计中，首先通过随机相位序列集和载波标记向量生成初始序列集，再将序列集经ifft变换到时域，为获得好的papr特性，只取该时域序列集的相位信息生成一个恒模的时域序列集，将此时域序列集经fft变换到频域得到一个频域序列集，再取这个频域序列集的相位信息和载波标记向量生成新的满足最优分簇策略的序列集，如此反复迭代，直到满足预先给定的算法停止条件，最后得到优化papr的最优分簇策略的序列集。

本发明的有益效果：

本发明提出的序列集设计方法，是基于最优分簇策略的低papr序列集设计，能够有效的优化序列集的相关特性和papr特性，适用于分簇tdcs和mimo雷达，有效提升分簇tdcs系统的多址能力和雷达的探测精度。

附图说明

图1为随机分簇的分簇策略图；

图2为随机分簇的的自相关函数图；

图3为基于(31，15，7)循环差集最优分簇的分簇策略图；

图4为基于(31，15，7)循环差集最优分簇的自相关函数图；

图5为随机序列的时域幅度图；

图6为本发明方法得到的序列的时域幅度图。

具体实施方式

在发明内容部分已经对本发明的技术方案进行了详细描述，在此不再赘述。