[发明专利]一种基于节点分类的天线选择和中继选择的方法

摘要

本发明涉及一种基于节点分类的天线选择和中继选择的方法，包括步骤S1，计算通信系统中每一个节点组合对的信噪比γ和信道矩阵H；步骤S2，根据步骤S1的计算结果，计算所有所述节点组合对中每一个所述节点组合对的最优发射接收天线组合和最优加权目标函数值；步骤S3，根据步骤S2的计算结果，计算待选择中继节点；本发明提出了利用遗传搜索来搜索最大化容量的天线与中继参与传输，大大降低了算法复杂度和计算量；另外本发明提出在做天线与中继选择时考虑了四种不同节点类型的能力区别，使中继资源利用更加合理。

主权项

一种基于节点分类的天线选择和中继选择的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，计算通信系统中每一个节点组合对的信噪比γ和信道矩阵H；所述通信系统包括一个源节点S、一个目的节点D和N个中继节点，R1,R2,…,RN表示第1个中继节点到第N个中继节点，N为大于零的整数；将所述源节点与N个所述中继节点组成的N组节点组合称为前节点组合对，将N个所述中继节点分别与所述目的节点组成的N组节点组合称为后节点组合对，所述节点组合对包括所述前节点组合对和所述后节点组合对；其中，所述源节点、所述中继节点和所述目的节点均包括多个天线，所述天线用于发射和接收信息；在所述节点组合对中，发射信息的节点称为发射节点，所述发射节点的天线称为发射天线，接收信息的节点称为接收节点，所述接收节点的天线称为接收天线；在所述前节点组合对中，所述源节点为发射节点，所述源节点的天线称为发射天线，N个所述中继节点为接收节点，N个所述中继节点的天线称为接收天线；在所述后节点组合对中，N个所述中继节点为发射节点，N个所述中继节点的天线称为发射天线，所述目的节点为接收节点，所述目的节点的天线称为接收天线；步骤S2，根据步骤S1的计算结果，计算所有所述节点组合对中每一个所述节点组合对的最优发射接收天线组合和最优加权目标函数值；步骤S2包括以下步骤：步骤S201，针对一个节点组合对，生成染色体库；用ATx表示发射天线集，则ATx＝{1,2,…,NTx}；从ATx中的NTx个发射天线中取出NTxs个发射天线组成发射天线子集ATxSub，其中1≤NTxs≤NTx；从ATx中的NTx个发射天线中取出NTxs个发射天线有种组合，即ATxSub的个数为用ARx表示接收天线集，则ARx＝{1,2,…,NRx}；从ARx中的NRx个接收天线中取出NRxs个接收天线组成接收天线子集ARxSub，其中1≤NRxs≤NRx；从ARx中的NRx个接收天线中取出NRxs个接收天线有种组合，即ARxSub的个数为发射接收天线组合ATRSet是指由一个所述发射天线子集和一个所述接收天线子集组成的组合，所述发射接收天线组合ATRSet有个；使用二进制值mm…mnn…n表示一条染色体，其中mm…m表示第mm…m个发射天线子集，mm…m的字长为LTx，[]+表示往大取整操作；nn…n表示第nn…n个接收天线子集，nn…n的字长为LRx，到里的个编码与个发射接收天线组合一一对应；所有的染色体构成所述染色体库；步骤S202，从所述染色体库中随机产生包括NPopulation条染色体的种群；其中5≤NPopulation≤200；用1,2,…,NPopulation将所述种群中的染色体进行编号；步骤S203，计算所述种群中每条染色体的目标函数值，其中，i表示所述种群中的第i条染色体，i＝1,2,3,…,NPopulation；VObject(i)表示第i条染色体的目标函数值；Hi为第i条染色体所对应的发射接收天线组合的信道矩阵，且Hi是所述信道矩阵H的子集，Hi包含第i条染色体所对应的发射接收天线组合中所有发射天线与接收天线之间的信道冲击响应；HiH表示信道矩阵Hi的共轭转置矩阵；是维数为NRxs的单位矩阵；步骤S204，根据步骤S203的计算结果，计算所述种群中每条染色体的加权目标函数值，VTunningObject(i)＝a·VObject(i)；其中VTunningObject(i)表示第i条染色体的加权目标函数值；a表示节点组合对中中继节点的加权值；步骤S205，根据步骤S204的计算结果，计算所述种群中每条染色体的适应度值；VFitness(i)＝A×(VTunningObject(i))β；其中VFitness(i)表示第i条染色体的适应度值；β、A为大于1的实数；步骤S206，根据步骤S205的计算结果，生成选择后种群；步骤S207，对所述选择后种群进行交叉，生成交叉后种群；步骤S208，对所述交叉后种群进行变异，生成变异后种群；步骤S209，将所述变异后种群作为新的种群，重复步骤S203‑S208，重复次数为MaxGen，其中1≤MaxGen≤100，生成最终变异后种群；步骤S210，计算所述最终变异后种群的最优发射接收天线组合AOTRSet和最优加权目标函数值VOTunningObject(c)；计算过程包括以下步骤：步骤a，计算所述最终变异后种群中每条染色体的目标函数值，其中，z表示所述最终变异后种群中的第z条染色体，z＝1,2,3,…,NPopulation；VObject(z)表示第z条染色体的目标函数值；Hz为第z条染色体所对应的发射接收天线组合的信道矩阵，且Hz是所述信道矩阵H的子集，Hz包含第z条染色体所对应的发射接收天线组合中所有发射天线与接收天线之间的信道冲击响应；HzH表示信道矩阵Hz的共轭转置矩阵；INRxs是维数为NRxs的单位矩阵；步骤b，计算所述最终变异后种群中每条染色体的加权目标函数值，VTunningObject(z)＝a·VObject(z)；其中VTunningObject(z)表示第z条染色体的加权目标函数值；a表示节点组合对中中继节点的加权值；步骤c，计算所述最终变异后种群中加权目标函数值最大的染色体，c=argc∈{1,2,...,NPopulation}VTunningObject(1)VTunningObject(2)...VTunningObject(z)...VTunningObject(NPopulation);]]>其中，c表示计算所述最终变异后种群中加权目标函数值最大的染色体，c为整数，且1≤c≤NPopulation；将所述最终变异后种群中的第c个染色体解码得到的发射接收天线组合即为最优发射接收天线组合AOTRSet，所述最终变异后种群中的第c个染色体对应的加权目标函数值VOTunningObject(c)即为最优加权目标函数值；当节点组合对为源节点和中继节点Rk组成的前节点组合对时，有AOTRSetSRk＝AOTRSet，VOTunningObjectSRk＝VOTunningObject(c)，AOTRSetSRk和VOTunningObjectSRk分别表示源节点和中继节点Rk组成的前节点组合对的最优发射接收天线组合和最优加权目标函数值；当节点组合对为中继节点Rk与目的节点组成的后节点组合对时，有AOTRSetRkD＝AOTRSet，VOTunningObjectRkD＝VOTunningObject(c)，AOTRSetRkD和VOTunningObjectRkD分别表示中继节点Rk与目的节点组成的后节点组合对的最优发射接收天线组合和最优加权目标函数值；步骤S211，重复执行步骤S201‑S210，计算所有节点组合对的最优发射接收天线组合和最优加权目标函数值；前节点组合对的最优发射接收天线组合、最优加权目标函数值分别为{AOTRSetSR1,AOTRSetSR2,…,AOTRSetSRN}和{VOTunningObjectSR1,VOTunningObjectSR2,…,VOTunningObjectSRN}，后节点组合对的最优发射接收天线组合、最优加权目标函数值分别为{AOTRSetR1D,AOTRSetR2D,…,AOTRSetRND}和{VOTunningObjectR1D,VOTunningObjectR2D,…,VOTunningObjectRND}；步骤S3，根据步骤S2的计算结果，计算待选择中继节点。