基于PSO粒子群优化算法的256QAM星座图的最优概率整形matlab仿真,对比PSO优化前后整形星座图和误码率

1.算法仿真效果

matlab2022a仿真结果如下(完整代码运行后无水印):


仿真操作步骤可参考程序配套的操作视频。


2.算法涉及理论知识概要

256QAM 是一种高阶调制方式,星座图中有256个星座点,每个星座点对应 8 比特信息。传统的 256QAM 采用均匀分布。通过改变改变星座图不同位置符号出现的概率,让外圈星座点出现频率降低,有利于减小平均功率,相当于增加了最小欧氏距离,从而有更好的传输性能。这就是我们所说的概率星座整形(PCS)了。它究竟有什么好处呢?


1. 具有整形增益。


2. 有望达到更高的传输容量,显著提升频谱效率。


3. 传输速率可以灵活调整,以完美适配不同的传输信道。


4. 无须多种支持多种QAM映射,仅使用方形QAM调制,需调整整形系数


PCS的关键在于如何对均匀概率的输出映射成非均匀概率幅度分布,而且该概率分布还应该是最优的。理论上可以证明Maxwell-Boltzman分布对于方形QAM整形是最优的概率分布。概率星座整形一般使用如下的公式完成:




参数v为整形因子。在本课题中,将通过GA优化算法,搜索最佳的参数v,进一步提升概率整形后的系统性能。以 256QAM 的误码率(BER)作为适应度函数。误码率越低,表明该概率整形因子  对应的星座点概率分布越优。在实际计算时,可通过蒙特卡罗仿真来估计误码率。具体步骤为:依据当前的  计算每个星座点的发送概率,生成大量发送符号,经过加性高斯白噪声(AWGN)信道传输,接收符号并进行解调,统计错误比特数,进而计算误码率。


通过PSO算法,获得最优的参数v,以降低256QAM 的误码率。


3.MATLAB核心程序

for i=1:Iter

i

for j=1:Npeop

rng(i+j)

if func_obj(x1(j,:))<pbest1(j)

p1(j,:)   = x1(j,:);%变量

pbest1(j) = func_obj(x1(j,:));

end

if pbest1(j)<gbest1

g1     = p1(j,:);%变量

gbest1 = pbest1(j);

end


v1(j,:) = 0.8*v1(j,:)+c1*rand*(p1(j,:)-x1(j,:))+c2*rand*(g1-x1(j,:));

x1(j,:) = x1(j,:)+v1(j,:);


for k=1:dims

if x1(j,k) >= tmps(2,k)

x1(j,k) = tmps(2,k);

end

if x1(j,k) <= tmps(1,k)

x1(j,k) = tmps(1,k);

end

end


for k=1:dims

if v1(j,k) >= tmps(2,k)/2

v1(j,k) =  tmps(2,k)/2;

end

if v1(j,k) <= tmps(1,k)/2

v1(j,k) =  tmps(1,k)/2;

end

end


end

gb1(i)=gbest1

end

figure;

plot(gb1,'-bs',...

'LineWidth',1,...

'MarkerSize',6,...

'MarkerEdgeColor','k',...

'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);


xlabel('优化迭代次数');

ylabel('适应度值');

VV    = g1;

save PSO_OPT.mat gb1 VV

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