空时信道MIMO无线传输系统遗传优化方法

摘要

本发明涉及通信技术。本发明是要显著提高MIMO系统的数据传输率、系统容量及频谱效率，提供了一种空时信道MIMO无线传输系统遗传优化方法，其技术方案可概括为：首先接收到输入的基带信号，将该基带信号传送给其对应的虚拟信道向量模块，每一个虚拟信道向量模块根据设置的复加权值对输入的基带信号进行复加权操作，并将所有复加权后的基带信号进行合并后传输给对应的信号发射端进行发送，反馈信息接收端实时接收由系统接收端发送来的反馈信息，并传输给空时优化模块，空时优化模块根据接收到的反馈信息采用空时优化算法计算出各虚拟信道向量模块中各复加权值，并对其进行设置。本发明的有益效果是，提高数据传输率，适用于MIMO系统。

主权项

空时信道MIMO无线传输系统遗传优化方法，应用于空时信道MIMO无线传输系统发射端，所述空时信道MIMO无线传输系统发射端包括多路信号发射端，每一路信号发射端包括一个调制滤波放大模块及一根发射天线；该系统发射端还包括多个虚拟信道向量模块、反馈信息接收端及空时优化模块，每一个虚拟信道向量模块对应至少一个信号输入端，每一个信号输入端仅对应一个虚拟信道向量模块，每一个虚拟信道向量模块的输出端仅与一路信号发射端一一对应连接，所述反馈信息接收端与空时优化模块连接，空时优化模块与每一个虚拟信道向量模块连接，空时优化模块与每一个信号输入端连接；所述虚拟信道向量模块用于根据设置的复加权值对与其连接的每一个信号输入端输入的基带信号进行复加权操作，并将所有复加权后的基带信号进行合并后传输给对应的信号发射端；所述反馈信息接收端用于接收由系统接收端发送来的反馈信息，并传输给空时优化模块；所述空时优化模块用于根据接收到的反馈信息采用空时优化算法计算出各虚拟信道向量模块中各复加权值，并对其进行设置，其特征在于，包括以下步骤：A、信号输入端接收到输入的基带信号，将该基带信号传送给其对应的虚拟信道向量模块；B、每一个虚拟信道向量模块根据设置的复加权值对与其连接的每一个信号输入端输入的基带信号进行复加权操作，并将所有复加权后的基带信号进行合并后传输给对应的信号发射端进行发送；C、反馈信息接收端实时接收由系统接收端发送来的反馈信息，并传输给空时优化模块，空时优化模块根据接收到的反馈信息采用空时优化算法计算出各虚拟信道向量模块中各复加权值，并对其进行设置，回到步骤B，所述空时优化模块根据接收到的反馈信息采用空时优化算法计算出各虚拟信道向量模块中各复加权值的方法为采用遗传算法搜索全局最优系统虚拟信道向量，其中，设发射天线数量为N_T，也为输入信号向量的数量，接收天线数量为L_R，w为系统虚拟信道向量，表示为：这里，向量w_m表示第m个虚拟信道向量，包括N_m个虚拟信道w_mn，表示为：(m＝1,2,……,N_T)，w_mn表示每个基带输入信号x_mn(t)所对应的虚拟信道，具体为：N_m指代第m个虚拟信道向量模块所对应的信号输入端的数量，n＝1,2,……,N_m，x_mn(t)是指第m个虚拟信道向量模块中第n个信号输入端输入的基带输入信号，向量x_m(t)是指第m个虚拟信道向量模块的输入信号向量，其包括N_m个基带输入信号x_mn(t)(n＝0,1,…,N_m)，x_mn(t)为复数信号，表示为(m＝1,2,…,N_T)；设种群大小为S_E，终止进化代数为K_E，并将空时信道MIMO无线传输系统发射端的每个系统虚拟信道向量作为一个个体；在第k代，第s个个体，即第s个系统虚拟信道向量表示为其中，(k＝0,2,…,K_E；s＝1,2,…,S_E；m＝1,2,…,N_T)是第s个个体的第m个虚拟信道向量；令表示在第k代，整个群体搜索到的全局最优解，其中，(m＝1,2,…,N_T)是全局最优解中的第m个虚拟信道向量；令参考信号在每个数据帧中占用一个时隙，用表示参考信号向量，其中x_Rm(t)是对应于输入信号向量x_m(t)的第m个参考信号向量，将参考信号向量在w^(s)(k)作用条件下的估计值表示为其相应的误差表示为同理，在w^(s)(k)作用条件下的误码率BER表示为因此，采用遗传算法搜索全局最优系统虚拟信道向量的具体步骤如下：步骤1、在空时信道MIMO无线传输系统发射端，根据实际通信环境设置常数：S_E，K_E，U，G_T，P_c，P_m，其中，S_E是种群大小；K_E是终止进化代数；U是二进制编码符号串的长度；G_T是虚拟信道增益约束常数；P_c是交叉概率；P_m是变异概率；步骤2、在空时信道MIMO无线传输系统发射端，设置k＝0，随机产生初始种群的每一个个体，得到(s＝1,2,…,S_E)；采用得到的每一个w^(s)(0)，分时隙发送一个参考信号序列x_R(t)，一共S_E个不同时隙，每个时隙采用一个不同的w^(s)(0)(s＝1,2,…,S_E)；步骤3、在系统接收端检测参考信号，得到S_E个参考信号的向量估计值，即(s＝1,2,…,S_E)，然后用不同的w^(s)(0)计算误差：或者计算(s＝1,2,…,S_E)，将其作为反馈信号，发送每一个或到空时信道MIMO无线传输系统发射端；步骤4、在空时信道MIMO无线传输系统发射端进行如下操作：步骤401、更新进化代数k→k+1；步骤402、将种群中的每一个个体进行编码，即用长度为U的染色体二进制符号串表示；步骤403、根据反馈信号，采用比例选择方法从当前群体中选出优良的个体，使它们有机会作为父代为下一代繁殖子孙，反馈信号值越小的个体被遗传到下一代的概率越大，计算第k代第s个个体被选择的概率为：或(s＝1,2,…,S_E)；步骤404、将步骤403中选择的个体随机搭配成对，对每一对互相配对的个体采用单点交叉算子来进行交叉运算，从长度为U的染色体中随机选择一个交叉点，然后根据设定的交叉概率P_c从交叉点处相互交换两个个体的部分染色体，从而产生出两个新的个体；步骤405、将步骤404中产生的每一个新个体进行变异运算，使每一个新个体根据设定的变异概率P_m改变每一个二进制符号位，即0变为1，而1变为0；步骤406、经过步骤405后，产生出了新的种群，将新种群中的每一个染色体二进制符号串进行解码，转换为十进制值，得到每一个新个体w^(s)(k+1)(s＝1,2,…,S_E)，并限制发射功率：$\frac{\sqrt{G_T}{w}^{\left(s\right)}(k+1)}{\left|\right|w^{\left(s\right)}(k+1)\left|\right|}\to w^{\left(s\right)}(k+1)$然后，在不同的时隙发送参考信号到系统接收端，一共S_E个时隙，每一个时隙采用不同的w^(s)(k+1)(s＝1,2,…,S_E)；步骤5、在系统接收端检测参考信号，得到S_E个参考信号的向量估计值，即(s＝1,2,…,S_E)，然后，用不同的w^(s)(k+1)计算误差：或者计算(s＝1,2,…,S_E)；然后将其作为反馈信号，发送每一个或(s＝1,2,…,S_E)到空时信道MIMO无线传输系统发射端；步骤6、在空时信道MIMO无线传输系统发射端，如果达到终止进化代数K_E，操作停止，并在所有反馈信号中找出最小反馈信号值，设相应于最小反馈信号值的个体是w^(g)(k+1)，则全局最优解b(k+1)＝w^(g)(k+1)；否则，返回到步骤4。