空时信道mimo无线传输系统遗传优化方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
空时信道MI MO无线传输系统遗传优化方法
技术领域
[0001] 本发明设及通信技术，特别设及MIMO无线传输技术。
【背景技术】
[0002] MIMO(多输入多输出）技术利用发射端与接收端的多天线的不同空间位置所形成 的无线信道并行传输多路数据流，能明显提高无线通信系统的数据传输率及系统容量，是 现代无线通信技术的一个重要的发展方向，具有广泛的应用前景。
[0003] 现有MIMO系统的系统框图参见图1，其发射端具有Nt路输入基带数据流xi(t)，X2 (t)，…的及化根发射天线(Nt=1，2,…），Xm(t) G { ±]_}(m=l，2,. . .，Nt);每路数据流Xm (t)经射频调制后，变为高频信号，再进行放大后由相应的天线Ant.m(m=l，2,…，Nt)发射 出去;接收端配置Lr根接收天线(Lr= 1，2，…），每根天线的射频信号经放大及解调器后得到 基带信号;信号检测及处理模块对来自不同天线的Lr路基带信号进行优化合并、检测、判决 等处理，最后得到Nt路输出数据流yi(t)，y2(t)，…，A, (0，'ym(t) G { ± 1} (m=l ,2, . . . ,Nt)， ym(t)是发射端输入数据流Xm(t)的估计值4約，即,n.仰=兩,的'通常情况下，Lr>化。
[0004] 设him表示第1根接收天线到第m根发射天线之间的空间无线信道，则第1根接收天 线上的信号为：
[00化]
(/ = 1，2,…心
[0006] 其中，ni(t)为第1根接收天线的高斯白噪声。为了检测出某路数据流Xi(t)，可在接 收端采用最大信噪比合并方法，则其计算公式为：
[0007]
(/ = 1，2，...，L") I'n'-L,Iitf-I'
[000引在接收端可估计出信道him,然后据此将各个接收天线的信号合并得到判决变量， 即：
[0011] 城CU )责坐Il化巧掀-Onf)戸（+ "_麵右.[0012]
[0009]
[0010]
[001引运里，Re(.)表示取实数操作。
代表有用信号分量；
则代表来自其它数据流的干扰及各接收天线的噪声， 只要将运些干扰及噪声控制在一定的范围内，接收端就可W正确地检测出各个发送的数据 流。
[0014] 在现有MIMO系统中，发射端在同一频段采用多天线同时传输多路信号或数据流， 可W提高数据传输率，或增加系统容量。一个NXN(N根发射天线及N根接收天线)MIMO系统 最多能提高数据传输率N倍，或增加系统容量N倍。而数据传输率提高得越多或系统容量增 加得越多，天线的数量就会增加越多。但在实际应用中，天线数量的增加往往又受到成本、 空间尺度等因素的制约，因而限制系统性能的提高程度，即相对于额外天线数量的增加、元 器件及成本的投入，所获得的数据传输率、系统容量或性能的提升十分有限，并不理想，运 是现有技术方案存在的一个缺点。另外，无线信道间往往存在着的相关性，信道的相关性会 明显削弱MIMO系统的性能，使其潜在优势难W发挥，运是现有技术方案的另一个缺点。
【发明内容】
[0015] 本发明的目的是要显著提高MIMO系统的数据传输率、系统容量及频谱效率，并优 化传输信道，提高系统性能，提供一种空时信道MIMO无线传输系统遗传优化方法。
[0016] 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，其特征在于，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；
[0017] 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；
[0018] 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；
[0019] 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。
[0020] 具体的，所述虚拟信道向量模块包括与信号输入端数量相对应的复加权模块及一 个加法器，每一个复加权模块的输入端都分别与一个信号输入端一一对应连接，每一个复 加权模块的输出端都分别与加法器的一个输入端一一对应连接，每一个加法器的输出端作 为该虚拟信道向量模块的输出端与一个信号发射端一一对应连接，空时优化模块分别与每 一个复加权模块连接。
[0021] 进一步的，所述每一个信号输入端输入的基带信号都不相同；或者一些信号输入 端输入的基带信号相同，另一些信号输入端输入的基带信号不同。
[0022] 具体的，所述每个虚拟信道向量模块所对应的信号输入端的数量可W相同，也可 W不同。
[0023] 再进一步的，所述反馈信息中包含信道识别及系统状态信息。
[0024] 具体的，所述信道识别及系统状态信息包括信噪比、误码率、误差值及信道估计 值。
[0025] 本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，空时信道MIMO无线传输系统遗传优 化方法，应用于上述空时信道MIMO无线传输系统发射端，其特征在于，包括W下步骤：
[0026] 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；
[0027] 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；
[0028] 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可W为采用遗传算法捜 索全局最优系统虚拟信道向量，其中，
[0029] 设发射天线数量为化，也为输入信号向量的数量，接收天线数量为Lr, W为系统虚拟 信道向量，表示为： I，向量Wm表示第m个虚拟信道向量，包括Nm 个虚拟信道Wmn,表^ n=l ,2,......，化），Wmn表示每个基带输入信 号Xmn(t)所对应的虚拟信道，具体为:Ww。=苗胃,Nm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=l，2,……，Nm，Xmn(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Xm(t)是指第m个虚拟信道向量模块的输入信号向量，其包 括Nm个基带输入信号Xmn(t)(n = 0, 1，???，Nm)，Xmn(t)为复数信号，表示为 \脚=[而的，而2脚…，1;曲，,的T ("尸1，2, ...，;
[0030] 设种群大小为Se,终止进化代数为垃，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；
[0031] 在第k代，第S个个体，即第S个系统虚拟信道向量表示为
痒中， .尸 1,2，...，S,,..'; 1'2，...，/V','.)是第 S个个体的第m个虚拟信道向量；
[0032] g示在第k代，整个群体捜索到的全局最优 解，其中 W=I. 2, .... /VV)是全局最优解中的第m个虚拟 信道向量；
[0033] 令参考信号在每个数据帖中占用一个时隙，用
表示参考信号向量，其中XRm( t )是对应于输入信号 向量Xm(t)的第m个参考信号向量，将参考信号向量在wW(k)作用条件下的估计值表示为 ^^^,，、,，><1,的，其相应的误差表示为6*,、、.|。仙'同理，在巧^化)作用条件下的误码率861?表示为 BER、、'"、w ;
[0034] 因此，采用遗传算法捜索全局最优系统虚拟信道向量的具体步骤如下：
[0035] 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:Se,虹， 11斯，口。，口"，其中，56是种群大小;虹是终止进化代数;1]是二进制编码符号串的长度徊是虚 拟信道增益约束常数;P。是交叉概率;Pm是变异概率；
[0036] 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
G、=1，2，...，5',);采用得到的每 一个W^(O),分时隙发送一个参考信号序列xR(t)，一共Se个不同时隙，每个时隙采用一个不 同的 w(s)(〇Ks = 1，2，...，Se);
[0037] 步骤3、在系统接收端检测参考信号，得到Se个参考信号的向量估计值，即 \wWwW(s = l，2,…，Se),然后用不同的W^(O)计算误差：
[0038
^者计算公邸、、…(()',(?=1，2，...，&)，
[0039] 将其作为反馈信号，发送每一个6?,，、.'"<(,>或3^^?、、.1。>^到空时信道MIMO无线传输系 统发射端；
[0040] 步骤4、在空时信道MIMO无线传输系统发射端进行如下操作：
[0041 ] 步骤401、更新进化代数k 一 k+1;
[0042] 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 表不；
[0043] 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：
[0044]
S,);
[0045] 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Pc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；
[0046] 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Pm改变每一个二进制符号位，即0变为1，而1变为0 ;
[0047] 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，得到每一个新个体化+IKs = I，2,…，Se),并限制发 射功率：
[004引
[0049] 然后，在不同的时隙发送参考信号到系统接收端，一共Se个时隙，每一个时隙采用 不同的w(s)(k+l)(s = l，2，...，Se);
[0050] 步骤5、在系统接收端检测参考信号，得到Se个参考信号的向量估计值，即 …<灿户)(尸1，2,…，馬)，然后，用不同的w(s>化+1)计算误差：
[0051]
或者计算公E度、、'…仙）枉=1, 2，...,.,.,，
[00对然后将其作为反馈信号，发送每一个^?树(組)或S邸W的保啡杉=1，2，...，馬細 空时信道MIMO无线传输系统发射端；
[0053] 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Ke,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 1)，则全局最优解6化+1)=巧^化+1);否则，返回到步骤4。
[0054] 具体的，步骤B中，第m个虚拟信道向量模块所输出的信号为
[0化5]
[0056] 其中，向量Wm表示第m个虚拟信道向量，包括Nm个虚拟信道Wmn,表示为：
表示每个基带输入信号Xmn(t)所对应的虚拟信 道，具体为：
为复数信号，Nt为发射天线数量，也为输入信号向量的数 量，Nm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，......，Nm，Xmn ( 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Xm(t)是指第m个 虚拟信道向量模块的输入信号向量，表示为：
[0057] 本发明的有益效果是，在本发明方案中，通过上述空时信道MIMO无线传输系统遗 传优化方法，可大幅度增加MIMO无线通信系统中每根发射天线的传输信道数量，由此增加 每根天线传输的信号或数据流路数，因而可W在不增加天线数量的情况下显著提高MIMO系 统的数据传输率、系统容量及频谱效率。在传输相同数据流时，本发明MIMO系统与现有MIMO 系统相比，所需天线数量更少，从而可W减少发射天线数量，降低系统复杂度，降低系统成 本，且根据反馈信息进行动态虚拟信道调整，明显降低接收误码率，提高信号传输的可靠 性。
【附图说明】
[005引图1是现有MIMO无线通信系统的系统框图。
[0059] 图2是本发明空时信道MIMO无线传输系统发射端的系统框图。
[0060] 图3是本发明实施例中空时信道MIMO无线传输系统的系统框图。
【具体实施方式】
[0061] 下面结合实施例及附图，详细描述本发明的技术方案。
[0062] 本发明所采用的空时信道MIMO无线传输系统发射端的系统框图如图2。本发明的 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，其中，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;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;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。
[0063] 本发明所采用的空时信道MIMO无线传输系统遗传优化方法，应用于上述空时信道 MIMO无线传输系统发射端，首先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，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，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。
[0064] 实施例
[0065] 本发明实施例的空时信道MIMO无线传输系统发射端的系统框图如图2所示，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，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，其中，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;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;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。
[0066] 本例中，虚拟信道向量模块包括与信号输入端数量相对应的复加权模块及一个加 法器，每一个复加权模块的输入端都分别与一个信号输入端一一对应连接，每一个复加权 模块的输出端都分别与加法器的一个输入端一一对应连接，每一个加法器的输出端作为该 虚拟信道向量模块的输出端与一个信号发射端一一对应连接，空时优化模块分别与每一个 复加权模块连接。
[0067] 每一个信号输入端输入的基带信号都可W不相同或者一些相同而一些不同，当然 也可W全部相同，且每个虚拟信道向量模块所对应的信号输入端的数量也可W不同或者相 同，而反馈信息中包含信道识别及系统状态信息，如信噪比、误码率、误差值及信道估计值 等。
[0068] 本例中，由该空时信道MIMO无线传输系统发射端组成的空时信道MIMO无线传输系 统的系统框图如图3所示，包括其对应的系统接收端，系统接收端中包括多根接收天线、对 应的解调滤波放大模块、对应的信号检测及处理模块W及信道辨识及系统状态信息采集模 块、反馈信息发送端，而信道辨识及系统状态信息采集模块和反馈信息发送端为现有某些 接收端中所具有的部分，此处不再详述。
[0069] 使用时，其处理方法如下：
[0070] 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；
[0071] 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；
[0072] 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。
[0073] 本步骤中，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具体方法及其原理如下：
[0074] 设空时信道MIMO无线传输系统发射端（W下简称发射端)具有Nt根发射天线，其对 应的接收端具有Lr根接收天线，一般地，Lr^Nt，则发射端有化个输入信号向量，每个输入信 号向量包括多个基带输入信号，设第m个输入信号向量）
， 2,.斯)，即向量Xm( t)包括Nm个基带输入信号Xmn( t) (n = 0，1，…，Nm)，Xmn( t)为复数信号。
[0075] 系统发射端所有N T个输入信号向量组成系统发射信号向量
，每个基带输入信号Xmn(t)经过一个对应的虚拟信道
。用Wm表示第m个虚拟信道向量，贝：
向量Wm包括Nm个虚拟信道Wmn。在发射端，Nt个虚拟信道向量Wm与化个输入信号向量Xm( t)-- 对应，可W用一个系统虚拟信道向量来表示，巨
[0076] 在接收端，第1根接收天线收到来自所有Nt根发射天线的信号。令him表示第1根接 收天线到第m根发射天线之间的空间无线信道。信号从第m根发射天线到第1根接收天 线经过了两个传输路径，即虚拟信道Wmn和空间无线信道him,运两个信道级联构成整体传输 信道，称协同空分信道。因此，第m根发射天线所发送的信号为
[0077]
[0078] 第1根接收天线收到的信号为
[0079]
[0080] 式中，qi(t)是第I根接收天线的高斯白噪声。系统的空间无线信道矩阵表示为
[0081]
[0082] H可W简化表示为
6设
为接收端的接收信号向量，则
[0083]
[0084] 式中，
是接收端的噪声向量。
[0085] 在本系统中，系统协同空分信道矩阵表示为
[0086]
[0087]式中，gm = hmWmH是一个LRXNm矩阵，表示第m根发射天线对应的协同空分信道。因 此，接收信号向量可进一步表示为
[008引
[0089] 通过调整与优化虚拟信道Wmn,即可调整与优化协同空分信道Wmnnum(m=l，2,…， Nt ; n = 1，2，…，Nm; 1 = 1，2，…，Lr)，使系统整体传输信道合理布局，最有利于接收端的信号 检测及系统传输性能的优化。
[0090] 在系统接收端，信噪比为
[0091]
[0092] 运里，扣=E[(gx(t))H(gx(t))]是接收端的接收信号功率，〇2 = E[q(t)Hq(t)]是接 收端的噪声功率。将PR = E[(gx(t))H(gx(t))]展开得
[0093]
[0094] 式中，Aij = E比iHhj]是一个标量，Rij = E[Xi(t)Xj(t)H]是一个NiXNj输入相关矩阵， 。=1，2^..，饰^ = 1，2，...，饰)，鳩一个完~,。^^如,。信号传输矩阵， V J \ m=l J
[0095]
[0096] 在系统接收端，我们希望最大化信噪比riR，但由于接收端噪声功率O2视为一个常 数，所W，最大化接收信号功率Pr等效于最大化信噪比％，因此，本例的优化准则如下：
[0097]
[0098] 运里，G是一个常数。在发射信号功率为一定的条件下，通过调整虚拟信道，上述优 化机制使传输到接收端的信号功率最大。其优化解为：
[0099]
[0100] 式中，是对应于矩阵R的最大特征值的特征向量，占
，Wnpt即为欲得 到的复加权向量W的最优值。
[0101] 对于QPSK信号，如果已知接收信噪比-，则接收误码率(B邸)为 口
[0102]
[0103] 式中，Q(.)是一个函数，定义；
。因此，对于QPSK信号，采 用优化解 s/石不....时接收误码率(BER)为 max
[0104]
[0105] 式中，PRmax是接收信号功率的最大值。
[0106] 虽然
提供了一个优化闭合解，但在有的情况下其效果不一定很 理想。另一个方案是采用遗传算法捜索全局最优解。
[0107] 在此，设种群大小为Se,终止进化代数为Ke,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
[010引 式中，
Wr)是第S个个体的第m个虚拟信道向量 '表示在第k代，
整个群体捜索到的全局最优解，其中， iu=\，2，，..，垢) 是全局最优解中的第m个虚拟信道向量。在运个方法中，采用参考信号将有助于捜索。参考 信号在每个数据帖中占用一个时隙，月
表示参考信 号向量，式中，XRm(t)是对应于输入信号向量Xm(t)的第m个参考信号向量。在优化过程中，首 先要检测或估计参考信号，然后将检测或估计结果与实际参考信号进行对比，产生误差，将 误差作为反馈信息发送到发射端。在检测参考信号向量XR(t)时，信号向量估计值会受系统 虚拟信道向量wW(k)的影响，因此，将参考信号向量在wW(k)条件下的估计值表示为 ^i^,。"仙(リ，其相应的误差表示为eAw…<。。类似地，在w(s)(k)条件下的误码率BER表示为 巧气"仙。
[0109] 因此，采用遗传算法捜索全局最优系统虚拟信道向量的具体步骤如下：
[0110] 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:Se,虹， 11斯，口。，口"，其中，56是种群大小;虹是终止进化代数;1]是二进制编码符号串的长度徊是虚 拟信道增益约束常数;P。是交叉概率;Pm是变异概率；
[0111] 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
采用得到的每 一个W^(O),分时隙发送一个参考信号序列xR(t)，一共Se个不同时隙，每个时隙采用一个不 同的 w(s)(0)(s = 1，2，...，Se);
[0112] 步骤3、在系统接收端检测参考信号，得到Se个参考信号的向量估计值，即 \:声">户)(.、'=1.2, ...，&-)，然后用不同的W^(O)计算误差：
[0113]
S者计算S及气、"側（戸.，馬），
[0114] 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；
[0115] 步骤4、在空时信道MIMO无线传输系统发射端进行如下操作：
[0116] 步骤401、更新进化代数k 一 k+1;
[0117] 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 表不；
[0118] 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：
[0119]
、)；
[0120] 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Pc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；
[0121] 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Pm改变每一个二进制符号位，即0变为1，而1变为0 ;
[0122] 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，得到每一个新个体化+IKs = I，2,…，Se),并限制发 射功率：
[0123]
[0124] 然后，在不同的时隙发送参考信号到系统接收端，一共Se个时隙，每一个时隙采用 不同的 w(s)(k+l)(s = l，2，...，SE);
[0125] 步骤5、在系统接收端检测参考信号，得到Se个参考信号的向量估计值，即 Sa，、"'(w,的仁=1，2，...，馬)'然后，用不同的wW^+l)计算误差：
[0126]
或者计算公￡'气、.<"(扣,（尸1，2，...，而);
[0127] 然后将其作为反馈信号，发送每一个+1咸心1,扣=1，2, 空时信道MIMO无线传输系统发射端；
[0128] 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Ke,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 1)，则全局最优解6化+1)=巧^化+1);否则，返回到步骤4。
[01巧]# h沐步骤3、5中，当采用QPSK信号时，如果接收信噪比已经得到，则可利用
直接计算邸R。
【主权项】
1.空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统遗传优化方法，应用于空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统发射 端，所述空时信道ΜΙΜΟ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W下步骤： Α、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； Β、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Β，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捜索全局 最优系统虚拟信道向量，其中， 设发射天线数量为Ντ，也为输入信号向量的数量，接收天线数量为Lr，w为系统虚拟信道 向量，表示为：^:里，向量Wm表示第m个虚拟信道向量，包括Nm个虚 拟信道Wmn，表示为（m=l，2,......，Ντ)，Wmn表示每个基带输入信号 Xmn ( t)所对应的虚拟信道，具体为:，Nm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=l，2,……，Nm，Xmn(t)是指第m个虚拟信道向量模块中第η个信号输入 端输入的基带输入信号，向量Xm(t)是指第m个虚拟信道向量模块的输入信号向量，其包括Nm 个基带输入信号Xmn( t ) (η = 0，1，…，Nm)，X"n( t )为复数信号，表示为 辅)书，4汾·'?:的，…，.?.灼J (m= 1，2，...，Ντ); 设种群大小为Se，终止进化代数为Κε，并将空时信道ΜΙΜΟ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化= 0,2，···，Ke;s = 1，2，···，泣;m=l，2，···，化)是第S个个体的第m个虚拟信道向量； 令b(/、-) = [b,样)T MAf ·…例?表示在第k代，整个群体捜索到的全局最优解，其 中，曼全局最优解中的第m个虚拟信道 向量； 令参考信号在每个数据帖中占用一个时隙，用表示参考信号向量，其中XRm(t)是对应于输入信号向量Xm(t)的第m个参考信号向量，将参考 信号向量在W(s>化)作用条件下的估计值表示为的，其相应的误差表示为每如:铅， 同理，在W(s>化)作用条件下的误码率邸R表示为气心； 因此，采用遗传算法捜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ΜΙΜΟ无线传输系统发射端，根据实际通信环境设置常数：Se，Ke，U， 6川。，口"，其中，56是种群大小;虹是终止进化代数;11是二进制编码符号串的长度徊是虚拟 信道增益约束常数;P。是交叉概率;Pm是变异概率； 步骤2、在空时信道ΜΙΜΟ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W…(0)二[、<i(〇y/ W八…<,|(0)'']''（3=1，2^。而）；采用得到的每一个 wW(〇)，分时隙发送一个参考信号序列XR(t)，一共Se个不同时隙，每个时隙采用一个不同的 w(s)(0)(s = 1，2，...，Se); 步骤3、在系统接收端检测参考信号，得到Se个参考信号的向量估计值，即 = 1，2，···，5ε)，然后用不同的"^(O)计算误差：将其作为反馈信号，发送每一个6：^?，，、|.'><〇>或^^^胃^^^到空时信道1這0无线传输系统发 射端； 步骤4、在空时信道ΜΙΜΟ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：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Pc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Pm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wW化+l)(s = l，2,…，Se)，并限制发射功 率：然后，在不同的时隙发送参考信号到系统接收端，一共Se个时隙，每一个时隙采用不同 的 w(s)(k+l)(s = l，2，...，SE); 步骤5、在系统接收端检测参考信号，得到Se个参考信号的向量估计值，即… (s = 1，2，-，，Se)，然后，用不同的w^a+l)计算误差：然后将其作为反馈信号，发送每一个€3，、、.1。相+1>或^^义、ww+i,(s = l，2,…，Se)到空时信 道ΜΙΜΟ无线传输系统发射端； 步骤6、在空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统发射端，如果达到终止进化代数Κε，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wW化+1)，则 全局最优解Kk+l)=wW化+1);否则，返回到步骤4。2. 如权利要求1所述的空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统遗传优化方法，其特征在于，步骤B 中，第m个虚拟信道向量模块所输出的信号为其中，向量Wm表示第m个虚拟信道向量，包括Nm个虚拟信道Wmn，表示为：，Wmn表示每个基带输入信号Xmn(t)所对应的虚拟信 道，具体为:W。,。=為y0'。"，Xmn( t )为复数信号，ΝΤ为发射天线数量，也为输入信号向量的数 量，Nm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，η = 1，2，......，Nm，Xmn ( t )是 指第m个虚拟信道向量模块中第η个信号输入端输入的基带输入信号，向量Xm(t)是指第m个 虚拟信道向量模块的输入信号向量，表示为:X。脚=[α/)，名，斯，...，^"灼1。3. 如权利要求1所述的空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统遗传优化方法，其特征在于，所述虚 拟信道向量模块包括与信号输入端数量相对应的复加权模块及一个加法器，每一个复加权 模块的输入端都分别与一个信号输入端一一对应连接，每一个复加权模块的输出端都分别 与加法器的一个输入端一一对应连接，每一个加法器的输出端作为该虚拟信道向量模块的 输出端与一个信号发射端一一对应连接，空时优化模块分别与每一个复加权模块连接。4. 如权利要求1所述的空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统遗传优化方法，其特征在于，所述每 一个信号输入端输入的基带信号都不相同。5. 如权利要求1所述的空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统遗传优化方法，其特征在于，所述每 个虚拟信道向量模块所对应的信号输入端的数量不同。6. 如权利要求1所述的空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统遗传优化方法，其特征在于，所述反 馈信息中包含信道识别及系统状态信息。7.如权利要求1所述的空时信道ΜΙΜΟ无线传输系统遗传优化方法，其特征在于，所述信 道识别及系统状态信息包括信噪比、误码率、误差值及信道估计值。
【文档编号】H04B7/04GK105978667SQ201610298478
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】周渊平, 杨贵德, 夏文龙
【申请人】四川大学, 成都万维环球通信技术有限公司