基于遗传算法的抗衰落抗干扰信道交织器生成方法、设备、介质及系统与流程

本发明涉及无线通信领域，更为具体的，涉及一种基于遗传算法的抗衰落抗干扰信道交织器生成方法、设备、介质及系统。

背景技术：

1、无线通信信号经过衰落信道传输或存在突发干扰时，都会出现长串的突发错误，仅靠信道编码技术很难满足误码率指标要求，需要结合信道交织技术才能有效对抗信道衰落与干扰。信道编码也称为差错控制编码，是指在发送端对待传输数据添加与原数据相关的冗余信息，接收端根据这种相关性来检测和纠正传输过程中产生的差错，从而减小传输误码率。信道交织技术是指通过调换待传输数据的发送顺序，将一连串突发错误转变为若干随机错误，分布到多个编码块中，依靠信道编码的纠错能力恢复正确信息。

2、无线通信系统的误码性能与所采用的信道交织器类型紧密相关，常用的信道交织器包括行列交织器、对角交织器、螺旋交织器、s随机交织器、二次置换多项式（qpp）交织器等，但上述交织器均是采用通用化设计，抗衰落抗干扰性能还有提升空间。

3、遗传算法是一种基于群体进化的全局优化算法，具有群体优化、物种多样性和并行搜索等诸多优点，具有优异的迭代搜索效率，并可通过设计目标评价函数控制交织器的优化方向。首先通过局部变异，产生具有不同特性的个体，再保留目标适应度更好的个体，并针对筛选出的个体不断迭代，非常适合用于筛选并产生性能优异的抗衰落交织器。

4、虽然基于遗传算法的交织器生成方法具有上述诸多优点，但当信道衰落或干扰导致的突发误码数量超过一个编码块的纠错能力时，需要联合多个编码块进行信道交织才能有效应对，而现有遗传交织器生成算法很少考虑这种情况，目标评价函数也没有基于信道衰落持续时间与干扰脉冲宽度等特性进行优化，需要进一步采取更有针对性的设计方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于遗传算法的抗衰落抗干扰信道交织器生成方法、设备、介质及系统，可以将信道衰落或突发干扰导致的块状连续误码数量平均、位置离散且随机的分配到每一个编码块中，分布随机性和平均性优于现有方案，具有更好的抗衰落抗干扰性能。

2、本发明的目的是通过以下方案实现的：

3、一种基于遗传算法的抗衰落抗干扰信道交织器生成方法，包括以下步骤：

4、基于信道交织器由多个编码块所构成的结构，从误码数量在每个编码块中分布的数量平均度与位置离散度两个方面，设计第一目标评价函数与第二目标评价函数；第一目标评价函数越小，表示连续误码解交织后在各个编码块间的数量分布越平均；第二目标评价函数越大，表示连续误码解交织后在每个编码块内的分布越离散和随机；

5、基于第一目标评价函数与第二目标评价函数联合计算目标适应度，以控制交织器的优化方向，从而将信道衰落或突发干扰导致的块状连续误码数量平均、位置离散且随机的分配到每一个编码块中。

6、进一步地，所述基于信道交织器由多个编码块所构成的结构，从误码数量在每个编码块中分布的数量平均度与位置离散度两个方面，设计第一目标评价函数与第二目标评价函数；第一目标评价函数越小，表示连续误码解交织后在各个编码块间的数量分布越平均；第二目标评价函数越大，表示连续误码解交织后在每个编码块内的分布越离散和随机；基于第一目标评价函数与第二目标评价函数联合计算目标适应度，以控制交织器的优化方向，从而将信道衰落或突发干扰导致的块状连续误码数量平均、位置离散且随机的分配到每一个编码块中，具体包括子步骤：

7、步骤s1：种群初始化；确定初始交织器的数量

n与交织长度

l，生成

n个初始交织器，；

8、步骤s2：复制与变异；先将

n个交织器复制一遍，再通过随机调换交织地址对每个新复制产生的交织器进行变异操作；

9、步骤s3：计算目标评价函数；越小，表示连续误码解交织后在各个编码块间的数量分布越平均；

10、步骤s4：计算目标评价函数；越大，表示连续误码解交织后在每个编码块内的分布越离散和随机；

11、步骤s5：计算目标适应度；根据与的排序结果，给予不同的奖励系数，联合计算2

n个变异后交织器对应的目标适应度；

12、步骤s6：优胜劣汰：对2

n个变异后交织器的目标适应度按降序进行排序，保留前

n个交织器；

13、步骤s7：判断进化次数是否达到预设门限，如未达到则返回步骤s2，如达到则结束进化，转入步骤s8；

14、步骤s8：选择最优交织器；结束进化，选择目标适应度最高的交织器作为生成结果。

15、进一步地，步骤s1中，所述生成

n个初始交织器，具体利用logistic混沌映射生成

n个初始交织器，。

16、进一步地，步骤s2中，所述将

n个交织器复制一遍，再通过随机调换交织地址对每个新复制产生的交织器进行变异操作，具体包括子步骤：

17、步骤s201：选取一个待变异交织器；

18、步骤s202：产生2个不同的随机数，随机数的取值范围为

1~l；

19、步骤s203：根据对交织地址进行调换，具体调换规则为：

20、；

21、；

22、步骤s204：判断迭代次数是否达到预设门限，如未达到则返回步骤s202，如达到则结束本次变异，转入步骤s205；

23、步骤s205：输出变异后的交织器。

24、进一步地，步骤s3中，所述计算目标评价函数，具体包括子步骤：

25、步骤s301：选取一个变异后交织器；

26、步骤s302：计算交织后的第

i段数据中对应第

j个编码块的交织前地址集合：

27、；

28、式中，

k为一个交织块所包含数据段数量，

m为交织器所包含的编码块数，为交织后第

i段数据所对应的交织前地址集合，为第

j个编码块所对应的交织前地址集合；

29、步骤s303：计算目标评价函数：

30、；

31、上式中，为集合的大小，即交织后第

i个数据段对应交织前第

j个编码块的比特数。

32、进一步地，步骤s4中，所述计算目标评价函数，具体包括子步骤：

33、步骤s401：选取一个变异后交织器；

34、步骤s402：计算交织后的第

i段数据中对应第

j个编码块的交织前地址集合：

35、；

36、步骤s403：对中的元素从小到大排序，得到集合：

37、；

38、步骤s404：计算集合中任意两个相邻元素的差，并取最小值，得到集合中任意相邻地址的最小间隔：

39、；

40、步骤s405：对

k个数据段对应的取最小值，得到：

41、

42、步骤s406：对

m个取最小值，得到目标评价函数：

43、。

44、进一步地，步骤s5中，所述根据与的排序结果，给予不同的奖励系数，联合计算2

n个变异后交织器对应的目标适应度，具体包括子步骤：

45、步骤s501：对按降序进行排序，排序后的序号记为；

46、步骤s502：对按升序进行排序，排序后的序号记为；

47、步骤s503：将转换为得分，具体转换规则为：

48、

49、上式中，为给予较小的

t1个交织器的奖励系数；

50、步骤s504：将转换为得分，具体规则为：

51、

52、上式中，为给予较大的

t2个交织器的奖励系数；

53、步骤s505：计算2

n个变异后交织器的目标适应度，具体计算规则为：

54、。

55、一种基于遗传算法的抗衰落抗干扰信道交织器生成设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器加载时执行如上任一项所述的基于遗传算法的抗衰落抗干扰信道交织器生成方法。

56、一种计算机可读存储介质，在可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载并执行如上任一项所述的方法。

57、一种基于遗传算法的抗衰落抗干扰信道交织器生成系统，包括如上所述的基于遗传算法的抗衰落抗干扰信道交织器生成设备。

58、本发明的有益效果包括：

59、（1）本发明基于信道交织器由多个编码块所构成的结构，从误码数量在每个编码块中分布的数量平均度与位置离散度两个方面，设计了新的目标评价函数。基于新目标评价函数联合计算目标适应度，控制交织器的优化方向，从而达到将信道衰落或突发干扰导致的块状连续误码数量平均、位置离散且随机的分配到每一个编码块中的目的。

60、（2）基于本发明方法生成的信道交织器，块状连续误码解交织后在每个编码块内的分布随机性优于行列交织器与对角交织器，在各个编码块间的分布平均性优于现有方案，具有更好的抗衰落抗干扰性能，特别适合应用于无线通信系统信道交织器的设计。