空時信道mimo無線傳輸系統遺傳優化方法
【專利摘要】本發明涉及通信技術。本發明是要顯著提高MIMO系統的數據傳輸率、系統容量及頻譜效率，提供了一種空時信道MIMO無線傳輸系統遺傳優化方法，其技術方案可概括為：首先接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號傳送給其對應的虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊根據設置的復加權值對輸入的基帶信號進行復加權操作，并將所有復加權后的基帶信號進行合并后傳輸給對應的信號發射端進行發送，反饋信息接收端實時接收由系統接收端發送來的反饋信息，并傳輸給空時優化模塊，空時優化模塊根據接收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬信道向量模塊中各復加權值，并對其進行設置。本發明的有益效果是，提高數據傳輸率，適用于MIMO系統。
【專利說明】
空時信道MI MO無線傳輸系統遺傳優化方法
技術領域
[0001] 本發明設及通信技術，特別設及MIMO無線傳輸技術。
【背景技術】
[0002] MIMO(多輸入多輸出）技術利用發射端與接收端的多天線的不同空間位置所形成 的無線信道并行傳輸多路數據流，能明顯提高無線通信系統的數據傳輸率及系統容量，是 現代無線通信技術的一個重要的發展方向，具有廣泛的應用前景。
[0003] 現有MIMO系統的系統框圖參見圖1，其發射端具有Nt路輸入基帶數據流xi(t)，X2 (t)，…的及化根發射天線(Nt=1，2,…），Xm(t) G { ±]_}(m=l，2,. . .，Nt);每路數據流Xm (t)經射頻調制后，變為高頻信號，再進行放大后由相應的天線Ant.m(m=l，2,…，Nt)發射 出去;接收端配置Lr根接收天線(Lr= 1，2，…），每根天線的射頻信號經放大及解調器后得到 基帶信號;信號檢測及處理模塊對來自不同天線的Lr路基帶信號進行優化合并、檢測、判決 等處理，最后得到Nt路輸出數據流yi(t)，y2(t)，…，A, (0，'ym(t) G { ± 1} (m=l ,2, . . . ,Nt)， ym(t)是發射端輸入數據流Xm(t)的估計值4約，即,n.仰=兩,的'通常情況下，Lr>化。
[0004] 設him表示第1根接收天線到第m根發射天線之間的空間無線信道，則第1根接收天 線上的信號為：
[00化]
(/ = 1，2,…心
[0006] 其中，ni(t)為第1根接收天線的高斯白噪聲。為了檢測出某路數據流Xi(t)，可在接 收端采用最大信噪比合并方法，則其計算公式為：
[0007]
(/ = 1，2，...，L") I'n'-L,Iitf-I'
[000引在接收端可估計出信道him,然后據此將各個接收天線的信號合并得到判決變量， 即：
[0011] 城CU )責坐Il化巧掀-Onf)戸（+ "_麵右.[0012]
[0009]
[0010]
[001引運里，Re(.)表示取實數操作。
代表有用信號分量；
則代表來自其它數據流的干擾及各接收天線的噪聲， 只要將運些干擾及噪聲控制在一定的范圍內，接收端就可W正確地檢測出各個發送的數據 流。
[0014] 在現有MIMO系統中，發射端在同一頻段采用多天線同時傳輸多路信號或數據流， 可W提高數據傳輸率，或增加系統容量。一個NXN(N根發射天線及N根接收天線)MIMO系統 最多能提高數據傳輸率N倍，或增加系統容量N倍。而數據傳輸率提高得越多或系統容量增 加得越多，天線的數量就會增加越多。但在實際應用中，天線數量的增加往往又受到成本、 空間尺度等因素的制約，因而限制系統性能的提高程度，即相對于額外天線數量的增加、元 器件及成本的投入，所獲得的數據傳輸率、系統容量或性能的提升十分有限，并不理想，運 是現有技術方案存在的一個缺點。另外，無線信道間往往存在著的相關性，信道的相關性會 明顯削弱MIMO系統的性能，使其潛在優勢難W發揮，運是現有技術方案的另一個缺點。

【發明內容】

[0015] 本發明的目的是要顯著提高MIMO系統的數據傳輸率、系統容量及頻譜效率，并優 化傳輸信道，提高系統性能，提供一種空時信道MIMO無線傳輸系統遺傳優化方法。
[0016] 空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，包括多路信號發射端，每一路信號發射端包 括一個調制濾波放大模塊及一根發射天線，其特征在于，還包括多個虛擬信道向量模塊、反 饋信息接收端及空時優化模塊，每一個虛擬信道向量模塊對應至少一個信號輸入端，每一 個信號輸入端僅對應一個虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊的輸出端僅與一路 信號發射端一一對應連接，所述反饋信息接收端與空時優化模塊連接，空時優化模塊與每 一個虛擬信道向量模塊連接，空時優化模塊與每一個信號輸入端連接；
[0017] 所述虛擬信道向量模塊用于根據設置的復加權值對與其連接的每一個信號輸入 端輸入的基帶信號進行復加權操作，并將所有復加權后的基帶信號進行合并后傳輸給對應 的信號發射端；
[0018] 所述反饋信息接收端用于接收由系統接收端發送來的反饋信息，并傳輸給空時優 化模塊；
[0019] 所述空時優化模塊用于根據接收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬 信道向量模塊中各復加權值，并對其進行設置。
[0020] 具體的，所述虛擬信道向量模塊包括與信號輸入端數量相對應的復加權模塊及一 個加法器，每一個復加權模塊的輸入端都分別與一個信號輸入端一一對應連接，每一個復 加權模塊的輸出端都分別與加法器的一個輸入端一一對應連接，每一個加法器的輸出端作 為該虛擬信道向量模塊的輸出端與一個信號發射端一一對應連接，空時優化模塊分別與每 一個復加權模塊連接。
[0021] 進一步的，所述每一個信號輸入端輸入的基帶信號都不相同；或者一些信號輸入 端輸入的基帶信號相同，另一些信號輸入端輸入的基帶信號不同。
[0022] 具體的，所述每個虛擬信道向量模塊所對應的信號輸入端的數量可W相同，也可 W不同。
[0023] 再進一步的，所述反饋信息中包含信道識別及系統狀態信息。
[0024] 具體的，所述信道識別及系統狀態信息包括信噪比、誤碼率、誤差值及信道估計 值。
[0025] 本發明解決其技術問題，采用的技術方案是，空時信道MIMO無線傳輸系統遺傳優 化方法，應用于上述空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，其特征在于，包括W下步驟：
[0026] A、信號輸入端接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號傳送給其對應的虛擬信道向 量模塊；
[0027] B、每一個虛擬信道向量模塊根據設置的復加權值對與其連接的每一個信號輸入 端輸入的基帶信號進行復加權操作，并將所有復加權后的基帶信號進行合并后傳輸給對應 的信號發射端進行發送；
[0028] C、反饋信息接收端實時接收由系統接收端發送來的反饋信息，并傳輸給空時優化 模塊，空時優化模塊根據接收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬信道向量模塊 中各復加權值，并對其進行設置，回到步驟B，所述空時優化模塊根據接收到的反饋信息采 用空時優化算法計算出各虛擬信道向量模塊中各復加權值的方法可W為采用遺傳算法捜 索全局最優系統虛擬信道向量，其中，
[0029] 設發射天線數量為化，也為輸入信號向量的數量，接收天線數量為Lr, W為系統虛擬 信道向量，表示為： I，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm 個虛擬信道Wmn,表^ n=l ,2,......，化），Wmn表示每個基帶輸入信 號Xmn(t)所對應的虛擬信道，具體為:Ww。=苗胃,Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對應 的信號輸入端的數量，n=l，2,……，Nm，Xmn(t)是指第m個虛擬信道向量模塊中第n個信號輸 入端輸入的基帶輸入信號，向量Xm(t)是指第m個虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，其包 括Nm個基帶輸入信號Xmn(t)(n = 0, 1，???，Nm)，Xmn(t)為復數信號，表示為 \腳=[而的，而2腳…，1;曲，,的T ("尸1，2, ...，;
[0030] 設種群大小為Se,終止進化代數為垃，并將空時信道MIMO無線傳輸系統發射端的每 個系統虛擬信道向量作為一個個體；
[0031] 在第k代，第S個個體，即第S個系統虛擬信道向量表示為
癢中， .尸 1,2，...，S,,..'; 1'2，...，/V','.)是第 S個個體的第m個虛擬信道向量；
[0032] g示在第k代，整個群體捜索到的全局最優 解，其中 W=I. 2, .... /VV)是全局最優解中的第m個虛擬 信道向量；
[0033] 令參考信號在每個數據帖中占用一個時隙，用
表示參考信號向量，其中XRm( t )是對應于輸入信號 向量Xm(t)的第m個參考信號向量，將參考信號向量在wW(k)作用條件下的估計值表示為 ^^^,，、,，><1,的，其相應的誤差表示為6*,、、.|。仙'同理，在巧^化)作用條件下的誤碼率861?表示為 BER、、'"、w ;
[0034] 因此，采用遺傳算法捜索全局最優系統虛擬信道向量的具體步驟如下：
[0035] 步驟1、在空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，根據實際通信環境設置常數:Se,虹， 11斯，口。，口"，其中，56是種群大小;虹是終止進化代數;1]是二進制編碼符號串的長度徊是虛 擬信道增益約束常數;P。是交叉概率;Pm是變異概率；
[0036] 步驟2、在空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，設置k = 0,隨機產生初始種群的每 一個個體，得到
G、=1，2，...，5',);采用得到的每 一個W^(O),分時隙發送一個參考信號序列xR(t)，一共Se個不同時隙，每個時隙采用一個不 同的 w(s)(〇Ks = 1，2，...，Se);
[0037] 步驟3、在系統接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即 \wWwW(s = l，2,…，Se),然后用不同的W^(O)計算誤差：
[0038
^者計算公邸、、…(()',(?=1，2，...，&)，
[0039] 將其作為反饋信號，發送每一個6?,，、.'"<(,>或3^^?、、.1。>^到空時信道MIMO無線傳輸系 統發射端；
[0040] 步驟4、在空時信道MIMO無線傳輸系統發射端進行如下操作：
[0041 ] 步驟401、更新進化代數k 一 k+1;
[0042] 步驟402、將種群中的每一個個體進行編碼，即用長度為U的染色體二進制符號串 表不；
[0043] 步驟403、根據反饋信號，采用比例選擇方法從當前群體中選出優良的個體，使它 們有機會作為父代為下一代繁殖子孫，反饋信號值越小的個體被遺傳到下一代的概率越 大，計算第k代第S個個體被選擇的概率為：
[0044]
S,);
[0045] 步驟404、將步驟403中選擇的個體隨機搭配成對，對每一對互相配對的個體采用 單點交叉算子來進行交叉運算，從長度為U的染色體中隨機選擇一個交叉點，然后根據設定 的交叉概率Pc從交叉點處相互交換兩個個體的部分染色體，從而產生出兩個新的個體；
[0046] 步驟405、將步驟404中產生的每一個新個體進行變異運算，使每一個新個體根據 設定的變異概率Pm改變每一個二進制符號位，即0變為1，而1變為0 ;
[0047] 步驟406、經過步驟405后，產生出了新的種群，將新種群中的每一個染色體二進制 符號串進行解碼，轉換為十進制值，得到每一個新個體化+IKs = I，2,…，Se),并限制發 射功率：
[004引
[0049] 然后，在不同的時隙發送參考信號到系統接收端，一共Se個時隙，每一個時隙采用 不同的w(s)(k+l)(s = l，2，...，Se);
[0050] 步驟5、在系統接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即 …<燦戶)(尸1，2,…，馬)，然后，用不同的w(s>化+1)計算誤差：
[0051]
或者計算公E度、、'…仙）枉=1, 2，...,.,.,，
[00對然后將其作為反饋信號，發送每一個^?樹(組)或S邸W的保啡杉=1，2，...，馬細 空時信道MIMO無線傳輸系統發射端；
[0053] 步驟6、在空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，如果達到終止進化代數Ke,操作停 止，并在所有反饋信號中找出最小反饋信號值，設相應于最小反饋信號值的個體是 1)，則全局最優解6化+1)=巧^化+1);否則，返回到步驟4。
[0054] 具體的，步驟B中，第m個虛擬信道向量模塊所輸出的信號為
[0化5]
[0056] 其中，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm個虛擬信道Wmn,表示為：
表示每個基帶輸入信號Xmn(t)所對應的虛擬信 道，具體為：
為復數信號，Nt為發射天線數量，也為輸入信號向量的數 量，Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對應的信號輸入端的數量，n = 1，2，......，Nm，Xmn ( t )是 指第m個虛擬信道向量模塊中第n個信號輸入端輸入的基帶輸入信號，向量Xm(t)是指第m個 虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，表示為：
[0057] 本發明的有益效果是，在本發明方案中，通過上述空時信道MIMO無線傳輸系統遺 傳優化方法，可大幅度增加MIMO無線通信系統中每根發射天線的傳輸信道數量，由此增加 每根天線傳輸的信號或數據流路數，因而可W在不增加天線數量的情況下顯著提高MIMO系 統的數據傳輸率、系統容量及頻譜效率。在傳輸相同數據流時，本發明MIMO系統與現有MIMO 系統相比，所需天線數量更少，從而可W減少發射天線數量，降低系統復雜度，降低系統成 本，且根據反饋信息進行動態虛擬信道調整，明顯降低接收誤碼率，提高信號傳輸的可靠 性。
【附圖說明】
[005引圖1是現有MIMO無線通信系統的系統框圖。
[0059] 圖2是本發明空時信道MIMO無線傳輸系統發射端的系統框圖。
[0060] 圖3是本發明實施例中空時信道MIMO無線傳輸系統的系統框圖。
【具體實施方式】
[0061] 下面結合實施例及附圖，詳細描述本發明的技術方案。
[0062] 本發明所采用的空時信道MIMO無線傳輸系統發射端的系統框圖如圖2。本發明的 空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，包括多路信號發射端，每一路信號發射端包括一個調 制濾波放大模塊及一根發射天線;該系統發射端還包括多個虛擬信道向量模塊、反饋信息 接收端及空時優化模塊，每一個虛擬信道向量模塊對應至少一個信號輸入端，每一個信號 輸入端僅對應一個虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊的輸出端僅與一路信號發 射端一一對應連接，所述反饋信息接收端與空時優化模塊連接，空時優化模塊與每一個虛 擬信道向量模塊連接，空時優化模塊與每一個信號輸入端連接，其中，虛擬信道向量模塊用 于根據設置的復加權值對與其連接的每一個信號輸入端輸入的基帶信號進行復加權操作， 并將所有復加權后的基帶信號進行合并后傳輸給對應的信號發射端;反饋信息接收端用于 接收由系統接收端發送來的反饋信息，并傳輸給空時優化模塊;空時優化模塊用于根據接 收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬信道向量模塊中各復加權值，并對其進行 設置。
[0063] 本發明所采用的空時信道MIMO無線傳輸系統遺傳優化方法，應用于上述空時信道 MIMO無線傳輸系統發射端，首先信號輸入端接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號傳送給 其對應的虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊根據設置的復加權值對與其連接的 每一個信號輸入端輸入的基帶信號進行復加權操作，并將所有復加權后的基帶信號進行合 并后傳輸給對應的信號發射端進行發送，反饋信息接收端實時接收由系統接收端發送來的 反饋信息，并傳輸給空時優化模塊，空時優化模塊根據接收到的反饋信息采用空時優化算 法計算出各虛擬信道向量模塊中各復加權值，并對其進行設置。
[0064] 實施例
[0065] 本發明實施例的空時信道MIMO無線傳輸系統發射端的系統框圖如圖2所示，包括 多路信號發射端，每一路信號發射端包括一個調制濾波放大模塊及一根發射天線，還包括 多個虛擬信道向量模塊、反饋信息接收端及空時優化模塊，每一個虛擬信道向量模塊對應 至少一個信號輸入端，每一個信號輸入端僅對應一個虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道 向量模塊的輸出端僅與一路信號發射端一一對應連接，所述反饋信息接收端與空時優化模 塊連接，空時優化模塊與每一個虛擬信道向量模塊連接，空時優化模塊與每一個信號輸入 端連接，其中，虛擬信道向量模塊用于根據設置的復加權值對與其連接的每一個信號輸入 端輸入的基帶信號進行復加權操作，并將所有復加權后的基帶信號進行合并后傳輸給對應 的信號發射端;反饋信息接收端用于接收由系統接收端發送來的反饋信息，并傳輸給空時 優化模塊;空時優化模塊用于根據接收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬信道 向量模塊中各復加權值，并對其進行設置。
[0066] 本例中，虛擬信道向量模塊包括與信號輸入端數量相對應的復加權模塊及一個加 法器，每一個復加權模塊的輸入端都分別與一個信號輸入端一一對應連接，每一個復加權 模塊的輸出端都分別與加法器的一個輸入端一一對應連接，每一個加法器的輸出端作為該 虛擬信道向量模塊的輸出端與一個信號發射端一一對應連接，空時優化模塊分別與每一個 復加權模塊連接。
[0067] 每一個信號輸入端輸入的基帶信號都可W不相同或者一些相同而一些不同，當然 也可W全部相同，且每個虛擬信道向量模塊所對應的信號輸入端的數量也可W不同或者相 同，而反饋信息中包含信道識別及系統狀態信息，如信噪比、誤碼率、誤差值及信道估計值 等。
[0068] 本例中，由該空時信道MIMO無線傳輸系統發射端組成的空時信道MIMO無線傳輸系 統的系統框圖如圖3所示，包括其對應的系統接收端，系統接收端中包括多根接收天線、對 應的解調濾波放大模塊、對應的信號檢測及處理模塊W及信道辨識及系統狀態信息采集模 塊、反饋信息發送端，而信道辨識及系統狀態信息采集模塊和反饋信息發送端為現有某些 接收端中所具有的部分，此處不再詳述。
[0069] 使用時，其處理方法如下：
[0070] A、信號輸入端接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號傳送給其對應的虛擬信道向 量模塊；
[0071] B、每一個虛擬信道向量模塊根據設置的復加權值對與其連接的每一個信號輸入 端輸入的基帶信號進行復加權操作，并將所有復加權后的基帶信號進行合并后傳輸給對應 的信號發射端進行發送；
[0072] C、反饋信息接收端實時接收由系統接收端發送來的反饋信息，并傳輸給空時優化 模塊，空時優化模塊根據接收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬信道向量模塊 中各復加權值，并對其進行設置，回到步驟B。
[0073] 本步驟中，空時優化模塊根據接收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬 信道向量模塊中各復加權值的具體方法及其原理如下：
[0074] 設空時信道MIMO無線傳輸系統發射端（W下簡稱發射端)具有Nt根發射天線，其對 應的接收端具有Lr根接收天線，一般地，Lr^Nt，則發射端有化個輸入信號向量，每個輸入信 號向量包括多個基帶輸入信號，設第m個輸入信號向量）
， 2,.斯)，即向量Xm( t)包括Nm個基帶輸入信號Xmn( t) (n = 0，1，…，Nm)，Xmn( t)為復數信號。
[0075] 系統發射端所有N T個輸入信號向量組成系統發射信號向量
，每個基帶輸入信號Xmn(t)經過一個對應的虛擬信道
。用Wm表示第m個虛擬信道向量，貝：
向量Wm包括Nm個虛擬信道Wmn。在發射端，Nt個虛擬信道向量Wm與化個輸入信號向量Xm( t)-- 對應，可W用一個系統虛擬信道向量來表示，巨
[0076] 在接收端，第1根接收天線收到來自所有Nt根發射天線的信號。令him表示第1根接 收天線到第m根發射天線之間的空間無線信道。信號從第m根發射天線到第1根接收天 線經過了兩個傳輸路徑，即虛擬信道Wmn和空間無線信道him,運兩個信道級聯構成整體傳輸 信道，稱協同空分信道。因此，第m根發射天線所發送的信號為
[0077]
[0078] 第1根接收天線收到的信號為
[0079]
[0080] 式中，qi(t)是第I根接收天線的高斯白噪聲。系統的空間無線信道矩陣表示為
[0081]
[0082] H可W簡化表示為
6設
為接收端的接收信號向量，則
[0083]
[0084] 式中，
是接收端的噪聲向量。
[0085] 在本系統中，系統協同空分信道矩陣表示為
[0086]
[0087]式中，gm = hmWmH是一個LRXNm矩陣，表示第m根發射天線對應的協同空分信道。因 此，接收信號向量可進一步表示為
[008引
[0089] 通過調整與優化虛擬信道Wmn,即可調整與優化協同空分信道Wmnnum(m=l，2,…， Nt ; n = 1，2，…，Nm; 1 = 1，2，…，Lr)，使系統整體傳輸信道合理布局，最有利于接收端的信號 檢測及系統傳輸性能的優化。
[0090] 在系統接收端，信噪比為
[0091]
[0092] 運里，扣=E[(gx(t))H(gx(t))]是接收端的接收信號功率，〇2 = E[q(t)Hq(t)]是接 收端的噪聲功率。將PR = E[(gx(t))H(gx(t))]展開得
[0093]
[0094] 式中，Aij = E比iHhj]是一個標量，Rij = E[Xi(t)Xj(t)H]是一個NiXNj輸入相關矩陣， 。=1，2^..，飾^ = 1，2，...，飾)，鳩一個完~,。^^如,。信號傳輸矩陣， V J \ m=l J
[0095]
[0096] 在系統接收端，我們希望最大化信噪比riR，但由于接收端噪聲功率O2視為一個常 數，所W，最大化接收信號功率Pr等效于最大化信噪比％，因此，本例的優化準則如下：
[0097]
[0098] 運里，G是一個常數。在發射信號功率為一定的條件下，通過調整虛擬信道，上述優 化機制使傳輸到接收端的信號功率最大。其優化解為：
[0099]
[0100] 式中，是對應于矩陣R的最大特征值的特征向量，占
，Wnpt即為欲得 到的復加權向量W的最優值。
[0101] 對于QPSK信號，如果已知接收信噪比-，則接收誤碼率(B邸)為 口
[0102]
[0103] 式中，Q(.)是一個函數，定義；
。因此，對于QPSK信號，采 用優化解 s/石不....時接收誤碼率(BER)為 max
[0104]
[0105] 式中，PRmax是接收信號功率的最大值。
[0106] 雖然
提供了一個優化閉合解，但在有的情況下其效果不一定很 理想。另一個方案是采用遺傳算法捜索全局最優解。
[0107] 在此，設種群大小為Se,終止進化代數為Ke,并將空時信道MIMO無線傳輸系統發射 端的每個系統虛擬信道向量作為一個個體，在第k代，第S個個體，即第S個系統虛擬信道向 量表示為
[010引 式中，
Wr)是第S個個體的第m個虛擬信道向量 '表示在第k代，
整個群體捜索到的全局最優解，其中， iu=\，2，，..，垢) 是全局最優解中的第m個虛擬信道向量。在運個方法中，采用參考信號將有助于捜索。參考 信號在每個數據帖中占用一個時隙，月
表示參考信 號向量，式中，XRm(t)是對應于輸入信號向量Xm(t)的第m個參考信號向量。在優化過程中，首 先要檢測或估計參考信號，然后將檢測或估計結果與實際參考信號進行對比，產生誤差，將 誤差作為反饋信息發送到發射端。在檢測參考信號向量XR(t)時，信號向量估計值會受系統 虛擬信道向量wW(k)的影響，因此，將參考信號向量在wW(k)條件下的估計值表示為 ^i^,。"仙(リ，其相應的誤差表示為eAw…<。。類似地，在w(s)(k)條件下的誤碼率BER表示為 巧氣"仙。
[0109] 因此，采用遺傳算法捜索全局最優系統虛擬信道向量的具體步驟如下：
[0110] 步驟1、在空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，根據實際通信環境設置常數:Se,虹， 11斯，口。，口"，其中，56是種群大小;虹是終止進化代數;1]是二進制編碼符號串的長度徊是虛 擬信道增益約束常數;P。是交叉概率;Pm是變異概率；
[0111] 步驟2、在空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，設置k = 0,隨機產生初始種群的每 一個個體，得到
采用得到的每 一個W^(O),分時隙發送一個參考信號序列xR(t)，一共Se個不同時隙，每個時隙采用一個不 同的 w(s)(0)(s = 1，2，...，Se);
[0112] 步驟3、在系統接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即 \:聲">戶)(.、'=1.2, ...，&-)，然后用不同的W^(O)計算誤差：
[0113]
S者計算S及氣、"側（戸.，馬），
[0114] 將其作為反饋信號，發送每一個或到空時信道MIMO無線傳輸系 統發射端；
[0115] 步驟4、在空時信道MIMO無線傳輸系統發射端進行如下操作：
[0116] 步驟401、更新進化代數k 一 k+1;
[0117] 步驟402、將種群中的每一個個體進行編碼，即用長度為U的染色體二進制符號串 表不；
[0118] 步驟403、根據反饋信號，采用比例選擇方法從當前群體中選出優良的個體，使它 們有機會作為父代為下一代繁殖子孫，反饋信號值越小的個體被遺傳到下一代的概率越 大，計算第k代第S個個體被選擇的概率為：
[0119]
、)；
[0120] 步驟404、將步驟403中選擇的個體隨機搭配成對，對每一對互相配對的個體采用 單點交叉算子來進行交叉運算，從長度為U的染色體中隨機選擇一個交叉點，然后根據設定 的交叉概率Pc從交叉點處相互交換兩個個體的部分染色體，從而產生出兩個新的個體；
[0121] 步驟405、將步驟404中產生的每一個新個體進行變異運算，使每一個新個體根據 設定的變異概率Pm改變每一個二進制符號位，即0變為1，而1變為0 ;
[0122] 步驟406、經過步驟405后，產生出了新的種群，將新種群中的每一個染色體二進制 符號串進行解碼，轉換為十進制值，得到每一個新個體化+IKs = I，2,…，Se),并限制發 射功率：
[0123]
[0124] 然后，在不同的時隙發送參考信號到系統接收端，一共Se個時隙，每一個時隙采用 不同的 w(s)(k+l)(s = l，2，...，SE);
[0125] 步驟5、在系統接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即 Sa，、"'(w,的仁=1，2，...，馬)'然后，用不同的wW^+l)計算誤差：
[0126]
或者計算公￡'氣、.<"(扣,（尸1，2，...，而);
[0127] 然后將其作為反饋信號，發送每一個+1咸心1,扣=1，2, 空時信道MIMO無線傳輸系統發射端；
[0128] 步驟6、在空時信道MIMO無線傳輸系統發射端，如果達到終止進化代數Ke,操作停 止，并在所有反饋信號中找出最小反饋信號值，設相應于最小反饋信號值的個體是 1)，則全局最優解6化+1)=巧^化+1);否則，返回到步驟4。
[01巧]# h沐步驟3、5中，當采用QPSK信號時，如果接收信噪比已經得到，則可利用
直接計算邸R。
【主權項】
1.空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統遺傳優化方法，應用于空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統發射 端，所述空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統發射端包括多路信號發射端，每一路信號發射端包括 一個調制濾波放大模塊及一根發射天線;該系統發射端還包括多個虛擬信道向量模塊、反 饋信息接收端及空時優化模塊，每一個虛擬信道向量模塊對應至少一個信號輸入端，每一 個信號輸入端僅對應一個虛擬信道向量模塊，每一個虛擬信道向量模塊的輸出端僅與一路 信號發射端一一對應連接，所述反饋信息接收端與空時優化模塊連接，空時優化模塊與每 一個虛擬信道向量模塊連接，空時優化模塊與每一個信號輸入端連接;所述虛擬信道向量 模塊用于根據設置的復加權值對與其連接的每一個信號輸入端輸入的基帶信號進行復加 權操作，并將所有復加權后的基帶信號進行合并后傳輸給對應的信號發射端;所述反饋信 息接收端用于接收由系統接收端發送來的反饋信息，并傳輸給空時優化模塊;所述空時優 化模塊用于根據接收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬信道向量模塊中各復 加權值，并對其進行設置，其特征在于，包括W下步驟： Α、信號輸入端接收到輸入的基帶信號，將該基帶信號傳送給其對應的虛擬信道向量模 塊； Β、每一個虛擬信道向量模塊根據設置的復加權值對與其連接的每一個信號輸入端輸 入的基帶信號進行復加權操作，并將所有復加權后的基帶信號進行合并后傳輸給對應的信 號發射端進行發送； C、反饋信息接收端實時接收由系統接收端發送來的反饋信息，并傳輸給空時優化模 塊，空時優化模塊根據接收到的反饋信息采用空時優化算法計算出各虛擬信道向量模塊中 各復加權值，并對其進行設置，回到步驟Β，所述空時優化模塊根據接收到的反饋信息采用 空時優化算法計算出各虛擬信道向量模塊中各復加權值的方法為采用遺傳算法捜索全局 最優系統虛擬信道向量，其中， 設發射天線數量為Ντ，也為輸入信號向量的數量，接收天線數量為Lr，w為系統虛擬信道 向量，表示為：^:里，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm個虛 擬信道Wmn，表示為（m=l，2,......，Ντ)，Wmn表示每個基帶輸入信號 Xmn ( t)所對應的虛擬信道，具體為:，Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對應的 信號輸入端的數量，n=l，2,……，Nm，Xmn(t)是指第m個虛擬信道向量模塊中第η個信號輸入 端輸入的基帶輸入信號，向量Xm(t)是指第m個虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，其包括Nm 個基帶輸入信號Xmn( t ) (η = 0，1，…，Nm)，X"n( t )為復數信號，表示為 輔)書，4汾·'?:的，…，.?.灼J (m= 1，2，...，Ντ); 設種群大小為Se，終止進化代數為Κε，并將空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統發射端的每個系 統虛擬信道向量作為一個個體； 在第k代，第S個個體，即第S個系統虛擬信道向量表示為化= 0,2，···，Ke;s = 1，2，···，泣;m=l，2，···，化)是第S個個體的第m個虛擬信道向量； 令b(/、-) = [b,樣)T MAf ·…例?表示在第k代，整個群體捜索到的全局最優解，其 中，曼全局最優解中的第m個虛擬信道 向量； 令參考信號在每個數據帖中占用一個時隙，用表示參考信號向量，其中XRm(t)是對應于輸入信號向量Xm(t)的第m個參考信號向量，將參考 信號向量在W(s>化)作用條件下的估計值表示為的，其相應的誤差表示為每如:鉛， 同理，在W(s>化)作用條件下的誤碼率邸R表示為氣心； 因此，采用遺傳算法捜索全局最優系統虛擬信道向量的具體步驟如下： 步驟1、在空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統發射端，根據實際通信環境設置常數：Se，Ke，U， 6川。，口"，其中，56是種群大小;虹是終止進化代數;11是二進制編碼符號串的長度徊是虛擬 信道增益約束常數;P。是交叉概率;Pm是變異概率； 步驟2、在空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統發射端，設置k = 0,隨機產生初始種群的每一個 個體，得到W…(0)二[、<i(〇y/ W八…<,|(0)'']''（3=1，2^。而）；采用得到的每一個 wW(〇)，分時隙發送一個參考信號序列XR(t)，一共Se個不同時隙，每個時隙采用一個不同的 w(s)(0)(s = 1，2，...，Se); 步驟3、在系統接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即 = 1，2，···，5ε)，然后用不同的"^(O)計算誤差：將其作為反饋信號，發送每一個6：^?，，、|.'><〇>或^^^胃^^^到空時信道1這0無線傳輸系統發 射端； 步驟4、在空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統發射端進行如下操作： 步驟401、更新進化代數k^k+1; 步驟402、將種群中的每一個個體進行編碼，即用長度為U的染色體二進制符號串表示； 步驟403、根據反饋信號，采用比例選擇方法從當前群體中選出優良的個體，使它們有 機會作為父代為下一代繁殖子孫，反饋信號值越小的個體被遺傳到下一代的概率越大，計 算第k代第S個個體被選擇的概率為：步驟404、將步驟403中選擇的個體隨機搭配成對，對每一對互相配對的個體采用單點 交叉算子來進行交叉運算，從長度為U的染色體中隨機選擇一個交叉點，然后根據設定的交 叉概率Pc從交叉點處相互交換兩個個體的部分染色體，從而產生出兩個新的個體； 步驟405、將步驟404中產生的每一個新個體進行變異運算，使每一個新個體根據設定 的變異概率Pm改變每一個二進制符號位，即0變為1，而1變為0; 步驟406、經過步驟405后，產生出了新的種群，將新種群中的每一個染色體二進制符號 串進行解碼，轉換為十進制值，得到每一個新個體wW化+l)(s = l，2,…，Se)，并限制發射功 率：然后，在不同的時隙發送參考信號到系統接收端，一共Se個時隙，每一個時隙采用不同 的 w(s)(k+l)(s = l，2，...，SE); 步驟5、在系統接收端檢測參考信號，得到Se個參考信號的向量估計值，即… (s = 1，2，-，，Se)，然后，用不同的w^a+l)計算誤差：然后將其作為反饋信號，發送每一個€3，、、.1。相+1>或^^義、ww+i,(s = l，2,…，Se)到空時信 道ΜΙΜΟ無線傳輸系統發射端； 步驟6、在空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統發射端，如果達到終止進化代數Κε，操作停止，并 在所有反饋信號中找出最小反饋信號值，設相應于最小反饋信號值的個體是wW化+1)，則 全局最優解Kk+l)=wW化+1);否則，返回到步驟4。2. 如權利要求1所述的空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統遺傳優化方法，其特征在于，步驟B 中，第m個虛擬信道向量模塊所輸出的信號為其中，向量Wm表示第m個虛擬信道向量，包括Nm個虛擬信道Wmn，表示為：，Wmn表示每個基帶輸入信號Xmn(t)所對應的虛擬信 道，具體為:W。,。=為y0'。"，Xmn( t )為復數信號，ΝΤ為發射天線數量，也為輸入信號向量的數 量，Nm指代第m個虛擬信道向量模塊所對應的信號輸入端的數量，η = 1，2，......，Nm，Xmn ( t )是 指第m個虛擬信道向量模塊中第η個信號輸入端輸入的基帶輸入信號，向量Xm(t)是指第m個 虛擬信道向量模塊的輸入信號向量，表示為:X。腳=[α/)，名，斯，...，^"灼1。3. 如權利要求1所述的空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統遺傳優化方法，其特征在于，所述虛 擬信道向量模塊包括與信號輸入端數量相對應的復加權模塊及一個加法器，每一個復加權 模塊的輸入端都分別與一個信號輸入端一一對應連接，每一個復加權模塊的輸出端都分別 與加法器的一個輸入端一一對應連接，每一個加法器的輸出端作為該虛擬信道向量模塊的 輸出端與一個信號發射端一一對應連接，空時優化模塊分別與每一個復加權模塊連接。4. 如權利要求1所述的空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統遺傳優化方法，其特征在于，所述每 一個信號輸入端輸入的基帶信號都不相同。5. 如權利要求1所述的空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統遺傳優化方法，其特征在于，所述每 個虛擬信道向量模塊所對應的信號輸入端的數量不同。6. 如權利要求1所述的空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統遺傳優化方法，其特征在于，所述反 饋信息中包含信道識別及系統狀態信息。7.如權利要求1所述的空時信道ΜΙΜΟ無線傳輸系統遺傳優化方法，其特征在于，所述信 道識別及系統狀態信息包括信噪比、誤碼率、誤差值及信道估計值。
【文檔編號】H04B7/04GK105978667SQ201610298478
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月6日
【發明人】周淵平, 楊貴德, 夏文龍
【申請人】四川大學, 成都萬維環球通信技術有限公司