基于优先度遗传模拟退火的多用户mimo系统天线选择方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于优先度遗传模拟退火的多用户MIMO系统天线选择方法，从用户端和基站端所包含的染色体个数中分别选出较优的TU和TB个染色体，对其进行优先度交叉变异操作，得到群体和并将其作为模拟退火操作的初始群体，然后将和中的每个染色体随机选择两个基因进行交换得到新群体和分别计算与与中每个染色体的适应度差值Δf，若Δf＜0或则Δf≥0但满足exp(-Δf/Γk(0))＞ξ，ξ∈U(0，1)的情况下则向新状态移动，否则降温直至达到模拟退火迭代次数m。该方法通过高效地联合选取用户端和基站端的最优天线子集，具有较强鲁棒性与寻优能力，可以有效提高系统运行速率，降低系统实施过程的软硬件复杂度，使得系统性能与硬件成本达到很好的折衷，适用于实时通信系统。
【专利说明】基于优先度遗传模拟退火的多用户MIMO系统天线选择方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种MIMO系统的天线选择方法，尤其涉及一种基于优先度遗传模拟退火的多用户MMO系统收发端联合天线选择方法，属于无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，无线通信技术迅猛发展，频谱资源日趋紧张。多输入多输出(multiple-input multiple-out-put, ΜΙΜΟ)系统能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。然而，随着天线数量的增加，MIMO系统的硬件成本与算法复杂度也将不断增长。天线选择技术可以有效解决上述问题，它通过在发送端或接收端选择一定数目的最优天线子集进行发送、接收，在最大化系统性能的同时可以有效减少射频链路的数量，降低系统软硬件复杂度。
[0003]在天线选择算法的研究中，最优算法为穷尽搜索算法，此方法需要对所有可能的天线子集进行求解，计算量较大。为了进一步降低复杂度，已有很多文献开展关于单用户MIMO系统天线选择技术的研究。Gharavi和Gorokhov分别提出了递增、递减的次优快速天线选择算法，大大降低了计算复杂度，并保证了很好的性能。中国专利文献CN102208934A公开了一种基于全交叉权重遗传算法的天线选择方法，由于该算法没有考虑到在交叉变异操作中会遇到选择天线对应基因为I的数量与预先规定的天线数量不相等的问题，故导致系统性能的降低。针对传统基于相关度天线选择算法容量损失较大的问题，《电波科学学报》第27卷第I期《一种基于相异度的接收天线选择算法》文中所提算法不仅改善了系统的容量性能同时也降低了系统的运算复杂度，适用于实时通信系统。IEEE COMMUNICATIONSLETTERS, VOL. 15, NO. I, JANUARY 2011, Joint Transmit/Receive Antenna Selection forMIMO Systems:A Real-Valued Genetic Approach提出基于优先度的遗传算法对收发天线进行联合选择，在性能和计算复杂度上得到较好的折衷，但是该算法在实践中，往往会出现早熟、局部搜索能力差等缺点，而且上述文献所提算法仅以单用户MMO系统为研究对象，并未扩展到多用户MIMO系统中。
[0004]近年来MMO技术已从点对点的单用户系统扩展到了点对多点的多用户MMO系统(Multi-User MIMO =MU-MIMO)。 由于MU-MMO系统中基站到各用户的信道彼此独立，因此用户一般能够知道自己的信道状态信息，却很难获得其他用户的信道信息。然而在基站端可以获知所有通信用户的信道状态信息，对于时分双工系统（TDD)可由基站接收的上行链路的训练或者导频序列来获得，对于频分双工系统（FDD)则可以通过反馈获得。在多用户MMO系统中，中国专利文献CN101394257A公开了一种多用户MMO预编码的天线选择方法，该方法通过计算各个用户的能量之和作为天线选择的目标函数，虽然不需要计算K个用户的奇异值，但是确定每一个用户及其粗筛选后的天线数都要计算K个用户接收天线各种组合下的信道矩阵范数，然后将粗筛选后的天线数再进行组合分别计算比较K个用户的能量之和，以获得具有最大能量值的用户所对应的天线子集为最终选择的天线数，这不仅增加了系统运算量而且该系统也没有对基站端天线数进行优化选择；《系统仿真学报》第22卷第6期《空时复用多用户MIMO系统联合天线选择》提出一种低复杂度的预编码算法和相应的优化预处理算法，虽然一定程度上改善了系统的容量并降低了算法实施过程的求解复杂度，但该文献给出的天线选择算法自身仍具有较高的计算复杂度。因此上述所提方法均不是最优的多用户MIMO系统的天线选择算法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于优先度遗传模拟退火的多用户MMO系统天线选择方法，在提高系统性能的同时有效降低系统的计算复杂度和硬件成本。
[0006]本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
[0007]—种基于优先度遗传模拟退火的多用户MIMO系统天线选择方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：初始化多用户MIMO系统下行链路的系统模型参数，该系统由一个基站和K(K≤2)个用户构成。设用户k的初始天线数为&k，k= 1，2，Λ，κ，每个用户从其初始天线数中选择最优天线数为\,，且满足
【权利要求】
1. 一种基于优先度遗传模拟退火的多用户MIMO系统天线选择方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：初始化多用户MIMO系统下行链路的系统模型参数，该系统由一个基站和Κ(Κ≥2)个用户构成。设用户k的初始天线数为&k，k= 1，2，Λ，Κ，每个用户从其初始天线数中选择最优天线数为\,，且满足
2.如权利要求1所述的基于优先度遗传模拟退火的多用户MIMO系统天线选择方法，其特征在于，步骤六所述交叉变异概率P。和Pm取值为：0. 8 ≤ Pc ≤ O. 95,0. 05 ≤ Pm ≤ O. I0
3.如权利要求1或2所述的基于优先度遗传模拟退火的多用户MMO系统天线选择方法，其特征在于，步骤六所述模拟退火的初始温度rk(0)取值为：400 C ≤ rk(0) ≤ 1000。
【文档编号】H04B7/04GK103490804SQ201310415866
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】解志斌, 杜中涛, 李效龙 申请人:江苏科技大学