一種基于節(jié)點(diǎn)分類的天線選擇和中繼選擇的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于節(jié)點(diǎn)分類的天線選擇和中繼選 擇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在協(xié)作通信中，會(huì)涉及到如何選擇合適的中繼，如果其中的節(jié)點(diǎn)是多天線的還會(huì) 可能涉及到如何選擇出合適的一對(duì)或若干天線對(duì)參與傳輸。現(xiàn)有的最優(yōu)天線選擇方法是窮 盡搜索所有的天線組合，選取最大化容量的組合，但這樣的天線選擇方法的復(fù)雜度會(huì)隨著 天線的增加而呈指數(shù)增長。
[0003] 現(xiàn)有的天線選擇和中繼選擇結(jié)合的算法都大多考慮先選擇出一個(gè)中繼，然后分別 選擇源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的一對(duì)天線、中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的一對(duì)天線來參與傳輸。這樣雖 然能簡化選擇算法，但是沒有充分利用各節(jié)點(diǎn)的多天線。多天線的合理利用能夠給系統(tǒng)帶 來傳輸速率的成倍增長。
[0004] 此外，這些結(jié)合選擇的算法并沒有考慮區(qū)分不同類型的中繼節(jié)點(diǎn)的能力來做中繼 選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于節(jié)點(diǎn)分類的天線選擇和中繼選擇的 方法。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種基于節(jié)點(diǎn)分類的天線選擇和中繼 選擇的方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟S1，計(jì)算通信系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)組合對(duì)的信噪比y和信道矩陣H;
[0008] 所述通信系統(tǒng)包括一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S、一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D和N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，&，R2，…，心表 示第1個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到第N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，N為大于零的整數(shù)；
[0009] 將所述源節(jié)點(diǎn)與N個(gè)所述中繼節(jié)點(diǎn)組成的N組節(jié)點(diǎn)組合稱為前節(jié)點(diǎn)組合對(duì)，將N 個(gè)所述中繼節(jié)點(diǎn)分別與所述目的節(jié)點(diǎn)組成的N組節(jié)點(diǎn)組合稱為后節(jié)點(diǎn)組合對(duì)，所述節(jié)點(diǎn)組 合對(duì)包括所述前節(jié)點(diǎn)組合對(duì)和所述后節(jié)點(diǎn)組合對(duì)；
[0010] 步驟S2,根據(jù)步驟S1的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算所有所述節(jié)點(diǎn)組合對(duì)中每一個(gè)所述節(jié)點(diǎn)組 合對(duì)的最優(yōu)發(fā)射接收天線組合和最優(yōu)加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值；
[0011] 步驟S3,根據(jù)步驟S2的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算待選擇中繼節(jié)點(diǎn)。
[0012] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述源節(jié)點(diǎn)、所述中繼節(jié)點(diǎn)和所述目的節(jié)點(diǎn)均包括多個(gè)天線，所述天線 用于發(fā)射和接收信息；在所述節(jié)點(diǎn)組合對(duì)中，發(fā)射信息的節(jié)點(diǎn)稱為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，所述發(fā)射節(jié)點(diǎn) 的天線稱為發(fā)射天線，接收信息的節(jié)點(diǎn)稱為接收節(jié)點(diǎn)，所述接收節(jié)點(diǎn)的天線稱為接收天線。
[0014] 進(jìn)一步地，在所述前節(jié)點(diǎn)組合對(duì)中，所述源節(jié)點(diǎn)為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，所述源節(jié)點(diǎn)的天線稱 為發(fā)射天線，N個(gè)所述中繼節(jié)點(diǎn)為接收節(jié)點(diǎn)，N個(gè)所述中繼節(jié)點(diǎn)的天線稱為接收天線；在所 述后節(jié)點(diǎn)組合對(duì)中，N個(gè)所述中繼節(jié)點(diǎn)為發(fā)射節(jié)點(diǎn)，N個(gè)所述中繼節(jié)點(diǎn)的天線稱為發(fā)射天 線，所述目的節(jié)點(diǎn)為接收節(jié)點(diǎn)，所述目的節(jié)點(diǎn)的天線稱為接收天線。
[0015] 進(jìn)一步地，H包括一個(gè)節(jié)點(diǎn)組合對(duì)中所有發(fā)射天線和接收天線之間的信道沖擊響 應(yīng)；
[0016] 所述發(fā)射節(jié)點(diǎn)有NTx個(gè)發(fā)射天線，其中KNTx< 1024,將NTx個(gè)所述發(fā)射天線從1 開始編號(hào)，則NTx個(gè)所述發(fā)射天線的編號(hào)分別為1、2、3、…、NTx;
[0017] 所述接收節(jié)點(diǎn)有NRx個(gè)接收天線，其中1彡NRx彡1024,將NRx個(gè)所述接收天線從1 開始編號(hào)，則NRx個(gè)所述接收天線的編號(hào)分別為1、2、3、…、NRx;
[0018] 用hg]表示一個(gè)節(jié)點(diǎn)組合對(duì)發(fā)射節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)發(fā)射天線和接收節(jié)點(diǎn)的第g個(gè)接收 天線之間的信道沖擊響應(yīng)，1彡j彡NTx，1彡g彡NRx，則
[0019] 進(jìn)一步地，步驟S2包括以下步驟：
[0020] 步驟S201，針對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)組合對(duì)，生成染色體庫；
[0021] 用ATx表示發(fā)射天線集，則ATx= {1，2,…，NTx};從ATx中的NTx個(gè)發(fā)射天線中取出 NTxs個(gè)發(fā)射天線組成發(fā)射天線子集ATxSub，其中1 <NTxs<NTx;從ATx中的NTx個(gè)發(fā)射天線中 取出NTxs個(gè)發(fā)射天線有種組合，即ATxSub的個(gè)數(shù)為;
[0022] 用ARx表示接收天線集，則ARx= {1，2,…，NRx};從ARx中的NRx個(gè)接收天線中取出 NRxs個(gè)接收天線組成接收天線子集ARxSub，其中1彡KNRx;從ARx中的NRx個(gè)接收天線中 取出NRxs個(gè)接收天線有Ct種組合，即ARxSub的個(gè)數(shù)為;
[0023] 發(fā)射接收天線組合ATR&t是指由一個(gè)所述發(fā)射天線子集和一個(gè)所述接收天線子集 組成的組合，所述發(fā)射接收天線組合^^，有個(gè)；
[0024] 使用二進(jìn)制值mm…mnn."n表示一條染色體，其中mm…m表示第mm…m個(gè)發(fā)射 天線子集，謹(jǐn)…m的字長為LTx，Xa=丨，_ []+表示往大取整操作；nn…n表示 第nn…n個(gè)接收天線子集，nrr"n的字長為LRx，
到
個(gè)發(fā)射接收天線組合一一對(duì)應(yīng)；
[0025] 所有的染色體構(gòu)成所述染色體庫；
[0026] 步驟S202，從所述染色體庫中隨機(jī)產(chǎn)生包括NP_latlcin條染色體的種群；其中 5彡NP_latlcin< 200 ;用1，2,…，NP_latlcin將所述種群中的染色體進(jìn)行編號(hào)；
[0027] 步驟S203，計(jì)算所述種群中每條染色體的目標(biāo)函數(shù)值， ^?^) = 1〇&；^[/^+(r^rT,s)-Hiff iH] hpsillz；
[0028] 其中，i表示所述種群中的第i條染色體，i= 1，2,3,…，化-^他-⑴表示 第i條染色體的目標(biāo)函數(shù)值；Hi為第i條染色體所對(duì)應(yīng)的發(fā)射接收天線組合的信道矩陣，且 嘸是所述信道矩陣H的子集，Hi包含第i條染色體所對(duì)應(yīng)的發(fā)射接收天線組合中所有發(fā)射 天線與接收天線之間的信道沖擊響應(yīng)；表示信道矩陣I的共輒轉(zhuǎn)置矩陣；/￥&1是維數(shù)為 NRxs的單位矩陣；
[0029] 步驟S204,根據(jù)步驟S203的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算所述種群中每條染色體的加權(quán)目標(biāo)函 數(shù)值，^TunningObject⑴= &V〇bject⑴；其中^TunningObject(i)表示第i條染色體的加權(quán)目標(biāo)函數(shù) 值；a表示節(jié)點(diǎn)組合對(duì)中中繼節(jié)點(diǎn)的加權(quán)值；
[0030] 步驟S205,根據(jù)步驟S204的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算所述種群中每條染色體的適應(yīng)度值； "^Fitness(i)AX(V^unningObject(i))e;其中VFltn_ (i)表示第1條染色體的適應(yīng)度值；e、A為 大于1的實(shí)數(shù)；
[0031] 步驟S206,根據(jù)步驟S205的計(jì)算結(jié)果，生成選擇后種群；
[0032] 步驟S207,對(duì)所述選擇后種群進(jìn)行交叉，生成交叉后種群；
[0033] 步驟S208,對(duì)所述交叉后種群進(jìn)行變異，生成變異后種群；
[0034] 步驟S209,將所述變異后種群作為新的種群，重復(fù)步驟S203-S208,重復(fù)次數(shù)為 MaxGen，其中1 <MaxGen< 100,生成最終變異后種群；
[0035] 步驟S210,計(jì)算所述最終變異后種群的最優(yōu)發(fā)射接收天線組合A(jTRSf；t和最優(yōu)加權(quán) 目標(biāo)函數(shù)值VOTunning(]b_t(c);計(jì)算過程包括以下步驟：
[0036] 步驟a，計(jì)算計(jì)算所述最終變異后種群中每條染色體的目標(biāo)函數(shù)值，
[0037] 其中，z表示所述最終變異后種群中的第z條染色體，z= 1，2,3,…，NP_latlcin; ^^(z)表示第z條染色體的目標(biāo)函數(shù)值；Hz為第z條染色體所對(duì)應(yīng)的發(fā)射接收天線組合 的信道矩陣，且扎是所述信道矩陣H的子集，Hz包含第z條染色體所對(duì)應(yīng)的發(fā)射接收天線 組合中所有發(fā)射天線與接收天線之間的信道沖擊響應(yīng)；HZH表示信道矩陣Hz的共輒轉(zhuǎn)置矩 陣；是維數(shù)為NRxs的單位矩陣；
[0038] 步驟b，計(jì)算所述最終變異后種群中每條染色體的加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值， ^TunningObject(z) =a?VQbjet:t(z);其中V TunningObject(z)表示第z條染色體的加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值；a表示節(jié)點(diǎn)組合對(duì)中中繼節(jié)點(diǎn)的加權(quán)值；
[0039] 步驟c，計(jì)算所述最終變異后種群中加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值最大的染色體，
[0040]
[0041] 其中，c表示計(jì)算所述最終變異后種群中加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值最大的染色體，c為整 數(shù)，且1 <c<NP_latl^將所述最終變異后種群中的第c個(gè)染色體解碼得到的發(fā)射接收天 線組合即為最優(yōu)發(fā)射接收天線組合ACTR&t，所述最終變異后種群中的第c個(gè)染色體對(duì)應(yīng)的加 權(quán)目標(biāo)函數(shù)值VOTunning(]b_t (c)即為最優(yōu)加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值；
[0042] 當(dāng)節(jié)點(diǎn)組合對(duì)為源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)&組成的前節(jié)點(diǎn)組合對(duì)時(shí)，有AOTRSetSRk = ^0TRSet? ^OTunningObject^-^k ^OTunningObject(c)，A-setSRjPV 別表示源節(jié)點(diǎn)和中繼 節(jié)點(diǎn)&組成的前節(jié)點(diǎn)組合對(duì)的最優(yōu)發(fā)射接收天線組合和最優(yōu)加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值；當(dāng)節(jié)點(diǎn)組合 對(duì)為中繼節(jié)點(diǎn)Rk與目的節(jié)點(diǎn)組成的后節(jié)點(diǎn)組合對(duì)時(shí)，有AOTR&tRkD=A〇TRSet'V〇TunningObjectRkD VCT_ng_ t(C)，ACTR&tRkD和分別表示中繼節(jié)點(diǎn)Rk與目的節(jié)點(diǎn)組成的后節(jié)點(diǎn)組 合對(duì)的最優(yōu)發(fā)射接收天線組合和最優(yōu)加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值；
[0043] 步驟S211，重復(fù)執(zhí)行步驟S201-S210,計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)組合對(duì)的最優(yōu)發(fā)射接收天線 組合和最優(yōu)加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值；
[0044] 前節(jié)點(diǎn)組合對(duì)的最優(yōu)發(fā)射接收天線組合、最優(yōu)加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值分別為{A^^SRi，A 0TRSet^^27 'AoTRSetSI^N^ 萍口 {V〇TunningObjectSRl'V〇Tunning〇bjectSR2 ' 7^OTunningObject^^N}，后節(jié)點(diǎn)組合對(duì) 的最優(yōu)發(fā)射接收天線組合、最優(yōu)加權(quán)目標(biāo)函數(shù)值分別為{Aot^^D，AOTR&tR2D，…，AOTR&tRND} 矛口{VoTunningObjectRiD，V〇Tunning〇bjectR2D，???，V〇Tunning〇bjectRND}〇
[0045] 進(jìn)一步地，步驟S3中，待選擇中繼節(jié)點(diǎn)p的計(jì)算公式為：
[0046]
[0047] 其中)表示求括號(hào)內(nèi)矩陣的每一行的最小值，啤2【（）表示求出括號(hào)內(nèi) 列向量的最大值在第幾行。
[0048] 進(jìn)一步地，步驟S204和步驟210中，所述中繼節(jié)點(diǎn)有4種類型，分別為：
[0049] 類型1 :用戶設(shè)備；類型2 :電池供應(yīng)移動(dòng)中繼；類型3 :電池供應(yīng)固定中繼；類型 4 :電源供應(yīng)固定中繼；
[0050] 四種類型的中繼節(jié)點(diǎn)的加權(quán)值分別為：
[0051] 類型 1:a= 0? 2 ;類型 2:a= 0? 24 ;類型 3:a= 0? 26 ;類型 4:a= 0? 3,且四種類 型的中繼節(jié)點(diǎn)的加權(quán)值之和為1。
[0052] 進(jìn)一步地，步驟S206中，生成選擇后種群的方法為：
[0053] 對(duì)所述種群中每條染色體的適應(yīng)度值進(jìn)行排序，復(fù)制適應(yīng)度值最大的前隊(duì) 61^個(gè) 染色體，Ns^t> 1，刪除適應(yīng)度值最小的個(gè)染色體，并將復(fù)制得到的染色體隨機(jī)放到 被刪除的染色體的位置。
[0054] 進(jìn)一步地，步驟S207中，生成交叉后種群的方法為：
[0055] 計(jì)算所述選擇后種群中需要交叉的染色體對(duì)的個(gè)數(shù)NerossOTCT，NerossC]VCT = NPopuiationXpx/%px表示交叉概率，
[0056]隨機(jī)產(chǎn)生介于1到NP_latlcin之間N&C1SSOTCT對(duì)不重復(fù)的整數(shù)形成N&C1SSOTCT個(gè)整數(shù)對(duì)， 一個(gè)整數(shù)對(duì)里的兩個(gè)整數(shù)表示所述需要交叉的染色體對(duì)中兩個(gè)染色體在所述選擇后種群 中的編號(hào)；
[0057]隨機(jī)產(chǎn)生介于1到Lehro__-1之間的NerossOTCT個(gè)整數(shù)分別作為N 個(gè)染色體對(duì) 各自的交叉位，其中^ChromosomeLTx+Lrx?LChromosome表示每條染色體的長度；
[0058] 對(duì)所述需要交叉的染色體對(duì)根據(jù)其對(duì)應(yīng)的交叉位進(jìn)行交叉，交叉方法為將染色體 對(duì)中第一個(gè)染色體的交叉位后的值與第二個(gè)染色體的交叉位后的值互換，所有所述需要交 叉的染色體對(duì)完成交叉后，形成交叉后種群。
[0059] 進(jìn)一步地，步驟S208中，生成變異后種群的方法為：
[0060] 計(jì)算所述交叉后種群中需要變異的染色體的個(gè)數(shù)NMutate，NMutate = pmXLchromosomeXNp〇p ulation7 其中pm表示變異概率，乓Ai o m a.vo m c ^Chromosome表示每條染 色體的長度；
[0061] 隨機(jī)產(chǎn)生介于1到NP_latlcin之間NMutata個(gè)不重復(fù)的隨機(jī)整數(shù)來表示需要變異的染 色體在所述交叉后種群中的編號(hào)；
[0062] 隨機(jī)產(chǎn)生介于2到Lehro__-1之間NMut&個(gè)不重復(fù)的隨機(jī)整數(shù)來表示所述需要變 異的染色體的變異位；
[0063] 對(duì)所述需要變異的染色體進(jìn)行變異，變異方法為，對(duì)所述需要變異的染色體的所 述變異位后的一位的值取反，所有所述需要交變異的染色體完成變異后，形成變異后種群。
[0064] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了利用遺傳搜索來搜索最大化容量的天線與中 繼參與傳輸，大大降低了算法復(fù)雜度和計(jì)算量；另外本發(fā)明提出在做天線與中繼選擇時(shí)考 慮了四種不同節(jié)點(diǎn)類型的能力區(qū)別，使中繼資源利用更加合理。
【附圖說明】
[0065] 圖1為本發(fā)明通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0066] 圖2為本發(fā)明所述基于節(jié)點(diǎn)分類的天線選擇和中繼選擇方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0067] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0068] 圖1為本發(fā)明通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，本發(fā)明通信系統(tǒng)包括一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S、 一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D和N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，&，R2，…，RN表示第1個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到第N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，N為 大于零的整數(shù)，源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)都部署了多個(gè)天線，每個(gè)天線可以在不同 傳輸時(shí)間處于發(fā)射狀態(tài)或接收狀態(tài)，即成為發(fā)射天線或接收天線。其中，SRk表示源節(jié)點(diǎn)S到 中繼節(jié)點(diǎn)Rk之間的鏈路，RkD表示中繼節(jié)點(diǎn)Rk到目的節(jié)點(diǎn)D之間的鏈路，kG1，2,…，N，源 節(jié)點(diǎn)和各中繼節(jié)點(diǎn)之間以及各中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間通過天線進(jìn)行信息的發(fā)射和接收。 系統(tǒng)的工作流程為：在第一個(gè)傳輸階段，源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送信息，被指定參與傳輸?shù)闹欣^接收信 息，此時(shí)，所述源節(jié)點(diǎn)的天線稱為發(fā)射天線，N個(gè)所述中繼節(jié)點(diǎn)為接收