一種快速的mimo系統(tǒng)聯(lián)合收發(fā)端天線選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)線通信領(lǐng)域，具體設(shè)及一種快速的在MIM0系統(tǒng)中進(jìn)行聯(lián)合天線選 擇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] MIM0(Multi-I噸utMulti-〇u化ut)系統(tǒng)通過(guò)在發(fā)射端和接收端配置多個(gè)天線W 獲得分集增益和復(fù)用增益，使系統(tǒng)不增加帶寬的情況下成倍提高信道容量和傳輸可靠性。 然而MIM0系統(tǒng)要使用與天線數(shù)目相匹配的射頻鏈路而使實(shí)現(xiàn)成本上升。快速天線選擇能 在減小MIM0系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和硬件成本的同時(shí)保持他們的優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 天線選擇的最優(yōu)算法是窮舉法，該算法需要遍歷所有可能組成的選擇，通過(guò)計(jì)算 每個(gè)選擇相對(duì)應(yīng)的信道容量，從集合中選取一個(gè)子集使系統(tǒng)容量最大，但該方法計(jì)算復(fù)雜 度較高而不適用于信道條件多變的實(shí)時(shí)環(huán)境下。為了減低算法復(fù)雜度，基于信道相關(guān)性快 速選擇算法被提出，大幅度降低了計(jì)算復(fù)雜度，同時(shí)信道容量損失也較大。
[0004] 針對(duì)當(dāng)聯(lián)合接收端和發(fā)送端進(jìn)行選擇時(shí)，信道容量接近最優(yōu)但是計(jì)算復(fù)雜度稍大 的解禪算法被Goro化OV等人進(jìn)一步提出，為簡(jiǎn)化計(jì)算量，通過(guò)矩陣求逆和矩陣劃分達(dá)到對(duì) 信道容量公式的分析簡(jiǎn)化的算法被提出；但是該些算法都需要在收發(fā)端天線數(shù)目相同的情 況下運(yùn)行。
[0005] 由于智能算法在解決凸優(yōu)化問(wèn)題時(shí)的優(yōu)越性能，遺傳算法W大幅度減少計(jì)算復(fù)雜 度的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于天線選擇，為改善遺傳算法選擇過(guò)程中天線數(shù)目與要求不匹配的問(wèn)題，此 后化ang-YangLu等人提出了一種基于優(yōu)先級(jí)的快速選擇算法，但是遺傳算法的多參數(shù)和 交叉變異操作使得算法在復(fù)雜度和性能的均衡方面有待改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種快速的MIM0系統(tǒng)聯(lián)合收發(fā)端天線選擇方法，能降低算法的計(jì)算 復(fù)雜度，提高算法性能。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] -種快速的MIM0系統(tǒng)聯(lián)合收發(fā)端天線選擇方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟1 ;通過(guò)對(duì)MIM0系統(tǒng)信道容量公式的分析，導(dǎo)出采用二進(jìn)制編碼字符串表示 的信道容量，W此作為粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種快速的ΜΙΜΟ系統(tǒng)聯(lián)合收發(fā)端天線選擇方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :通過(guò)對(duì)MMO系統(tǒng)信道容量公式的分析，導(dǎo)出采用二進(jìn)制編碼字符串表示的信 道容量，以此作為粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)： C = log2det(/VR +^diagiQl)-H-UiagiiJ,) ^1) (1) 其中，IN#NtXNt的單位矩陣，用表示選擇發(fā)射天線， 込=W 4…<1表示選擇接收天線，其中彳和？f是二進(jìn)制指示符，分別表示收發(fā)天線是 否被選擇，f e丨04丨，Nt和Nr分別為系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端配備的射頻鏈路條 數(shù)，P表示信噪比； 步驟2 :選擇具有最大信道幅值的天線作為種群的一個(gè)粒子，然后將該粒子以循環(huán)移 位的方式產(chǎn)生其他的粒子，進(jìn)行種群初始化，輸入算法的各項(xiàng)參數(shù)，其中每個(gè)粒子由目前位 置Xi= [ΧηΧ?2···Χω]、粒子速度Vi= [VilVfViJ和歷史最優(yōu)位置Pi= [pnpypiD]等三 個(gè)D維向量表示，其中Xide {〇，l}，Pide {0，1}，1 = 1，2，~乂(1=1，2，一，0，設(shè)置個(gè)體最 優(yōu)值Pi和全局最優(yōu)值g i; 步驟3 :根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算每個(gè)粒子的適應(yīng)度值； Fitness = Iog2 dct(/ Vr +<1?α}ξ(?2) H dia^{0\) -Hu) (2) R Nt 步驟4 :將種群中各粒子的適應(yīng)度值作比較，更新個(gè)體最優(yōu)值Pi和全局最優(yōu)值g i; 步驟5 :更新每個(gè)粒子的飛行速度Vi，速度更新公式為： v\d = + C1 ·rand() · (ρ\? -x\d) + C2 Tand(^gtid-Xtid) (3) 步驟6 :采用函數(shù)*〃）= 1 + ^(_^將速度值映射到被映射到區(qū)間[0, 1]，這里S(Vid) 表示位置\(1取1的概率，計(jì)算每位的更新概率，通過(guò)計(jì)算更新粒子位置以產(chǎn)生新的粒子群， 粒子位置更新公式為： |1 ,rand()< s(vid) ,其他 ⑷ 步驟7 :重復(fù)步驟3到步驟6,直到達(dá)到最大迭代次數(shù)，其中擁有最高適應(yīng)度值的粒子將 作為輸出結(jié)果，然后，全局最優(yōu)粒子位置中對(duì)應(yīng)的天線將作為被選擇的天線進(jìn)行通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速的MMO系統(tǒng)聯(lián)合收發(fā)端天線選擇方法，其特征在 于：步驟2中所述的粒子群算法的各項(xiàng)參數(shù)包括粒子種群數(shù)目、最大迭代次數(shù)、個(gè)體學(xué)習(xí)因 子、社會(huì)學(xué)習(xí)因子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速的MMO系統(tǒng)聯(lián)合收發(fā)端天線選擇方法，其特征在 于：步驟1中所述的采用二進(jìn)制編碼字符串表示的信道容量，以此作為粒子群算法的適應(yīng) 度函數(shù)，其具體實(shí)現(xiàn)步驟： 步驟I. 1 :考慮系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端配備有Nt和^條（N> NJ射頻鏈路， 且NT> N t，NK> Ny選擇Nt和^條天線與射頻電路相匹配，用二進(jìn)制編碼串表示： ρ = [< W…W.y W…< ]，g,T e e {〇，1}，其中和^是二進(jìn)制指示符，分別表 示收發(fā)天線是否被選擇；用=W W ···<]表示選擇發(fā)射天線，β2 =[# 4…成]表示選 擇接收天線，Htl表示被選擇的天線矩陣； 步驟1. 2 :改寫(xiě)信道容量為：
1^是NtXNt的單位矩陣，（*) Η表示共軛轉(zhuǎn)置，Omi是零矩陣； 步驟1. 3 :通過(guò)編碼串％和Q 2對(duì)矩陣的選擇得到￥β和H的關(guān)系： H0 = P2 (Iia^Q2) H dia^O,) · P1 (7) Cliag(Q2)和Cliag(Q1)是NkXNi^P NtXNt的對(duì)角矩陣，P JPP1均為置換矩陣且滿足 _P2 P2 =： /~，P1 =/馬，得到：
即 det(IM+UV) = det(IN+VU) (10) 步驟I. 5 :根據(jù)公式（10)可以將聯(lián)合收發(fā)端進(jìn)行天線選擇后的信道容量公式改寫(xiě)為
為了在算法迭代搜索結(jié)束后得到最大化的信道容量的天線選擇配置，采用公式（11) 作為算法的適應(yīng)度函數(shù)： /?財(cái)SS = log-，. // . </"吹((_)丨）.丑H)。 （12) R Nt
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種快速的MMO系統(tǒng)聯(lián)合收發(fā)端天線選擇方法，其特征在 于：步驟2所述的通過(guò)選擇具有最大信道幅值的天線作為種群的一個(gè)粒子，然后將該粒子 以循環(huán)移位的方式產(chǎn)生其他的粒子，進(jìn)行種群初始化，其具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟： 步驟2. 1 :分別對(duì)發(fā)送端和接收端選擇具有最大模值的的天線子集X(I4P X 步驟2. 2 :聯(lián)結(jié)兩個(gè)子集的二進(jìn)制字符串得到基準(zhǔn)粒子X(jué)ci= [χ Μ X(?]，其中 -vOT = [-xI x2 ' " xNt -^OR = [-xI X2 ' " xNi, ] (13) 步驟2. 3 :設(shè)置初始種群為Xi= [X iT xiK]，其中 _ J(^or)! , 0 < i ^ Nj _ ,0</'S Ajr ^it = |；7(χ0Τ) ,Ντ<?< N ' XiR = [^(.ν0Λ) "￥R < i < iV 1 其中（Xw)i是對(duì)Xtl^ i位循環(huán)左移，U(xOT)是對(duì)xOT中的字符串位置進(jìn)行隨機(jī)置換。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于MIMO系統(tǒng)的聯(lián)合收發(fā)端天線選擇方法，屬于無(wú)線通信領(lǐng)域，采用基于二進(jìn)制粒子群算法思想，通過(guò)對(duì)MIMO系統(tǒng)信道容量公式的分析，導(dǎo)出采用二進(jìn)制編碼字符串表示的信道容量，以此作為粒子群算法的適應(yīng)度函數(shù)，簡(jiǎn)化了計(jì)算量；同時(shí)采用循環(huán)移位種群初始化以提高搜索效率，獲得信道容量的提高。本發(fā)明在降低計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)獲得的信道容量比其他幾種次優(yōu)算法更高。
【IPC分類】H04B7-06, H04B7-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104836607
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510228886
【發(fā)明人】施榮華, 謝羽嘉, 董健
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月7日