[发明专利]一种快速的MIMO系统联合收发端天线选择方法

说明书

本发明公开了一种用于MIMO系统的联合收发端天线选择方法，属于无线通信领域，采用基于二进制粒子群算法思想，通过对MIMO系统信道容量公式的分析，导出采用二进制编码字符串表示的信道容量，以此作为粒子群算法的适应度函数，简化了计算量；同时采用循环移位种群初始化以提高搜索效率，获得信道容量的提高。本发明在降低计算复杂度的同时获得的信道容量比其他几种次优算法更高。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种快速的在MIMO系统中进行联合天线选择的方法。

背景技术

MIMO(Multi-Input Multi-Output)系统通过在发射端和接收端配置多个天线以获得分集增益和复用增益，使系统不增加带宽的情况下成倍提高信道容量和传输可靠性。然而MIMO系统要使用与天线数目相匹配的射频链路而使实现成本上升。快速天线选择能在减小MIMO系统实际应用中的实现复杂度和硬件成本的同时保持他们的优点。

天线选择的最优算法是穷举法，该算法需要遍历所有可能组成的选择，通过计算每个选择相对应的信道容量，从集合中选取一个子集使系统容量最大，但该方法计算复杂度较高而不适用于信道条件多变的实时环境下。为了减低算法复杂度，基于信道相关性快速选择算法被提出，大幅度降低了计算复杂度，同时信道容量损失也较大。

针对当联合接收端和发送端进行选择时，信道容量接近最优但是计算复杂度稍大的解耦算法被Gorokhov等人进一步提出，为简化计算量，通过矩阵求逆和矩阵划分达到对信道容量公式的分析简化的算法被提出；但是这些算法都需要在收发端天线数目相同的情况下运行。

由于智能算法在解决凸优化问题时的优越性能，遗传算法以大幅度减少计算复杂度的优势应用于天线选择，为改善遗传算法选择过程中天线数目与要求不匹配的问题，此后Hoang-Yang Lu等人提出了一种基于优先级的快速选择算法，但是遗传算法的多参数和交叉变异操作使得算法在复杂度和性能的均衡方面有待改善。

发明内容

本发明提供一种快速的MIMO系统联合收发端天线选择方法，能降低算法的计算复杂度，提高算法性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种快速的MIMO系统联合收发端天线选择方法，包括以下步骤：

步骤1：通过对MIMO系统信道容量公式的分析，导出采用二进制编码字符串表示的信道容量，以此作为粒子群算法的适应度函数：

其中，_t的单位矩阵，用表示选择发射天线，表示选择接收天线，其中和是二进制指示符，分别表示收发天线是否被选择，Nt和Nr分别为系统的发射端和接收端配备的射频链路条数，ρ表示信噪比；

步骤2：选择具有最大信道幅值的天线作为种群的一个粒子，然后将该粒子以循环移位的方式产生其他的粒子，进行种群初始化，输入算法的各项参数，其中每个粒子由目前位置x_i＝[x_i1x_i2…x_iD]、粒子速度v_i＝[v_i1v_i2…v_iD]和历史最优位置p_i＝[p_i1p_i2…p_iD]等三个D维向量表示，其中x_id∈{0,1},p_id∈{0,1}，i＝1,2,…N,d＝1,2,…,D，设置个体最优值p_i和全局最优值g_i；

步骤3：根据适应度函数计算每个粒子的适应度值；

步骤4：将种群中各粒子的适应度值作比较，更新个体最优值p_i和全局最优值g_i；