[发明专利]一种基于遗传算法的多跳协作中继波束成形方法

摘要

针对现有的三跳多中继波束成形优化所面临的效果不佳的问题，本发明提出了一种基于遗传算法的实现两组中继群组波束成形权向量联合优化的方法。该方法力求在中继节点总功率满足一定约束的前提下使目的节点的接收信噪比最大化。该优化问题是多向量的，难以通过常见的方法实现，本发明发现了两个向量之间的内在联系，将原有问题转化成仅包含第一组中继群组波束成形权向量的问题，进而运用遗传算法求得可视为全局最优的两组波束成形权向量。

主权项

一种基于遗传算法的中继协作波束成形方法，该方法基于三跳多中继协作通信系统，该系统由一个源节点、两组中继节点群和一个目标节点组成，且网络中的所有节点均只装配有单天线，由于信道衰落的影响，源节点与目标节点之间、源节点与第二组中继节点群之间、第一组中继节点群与目标节点之间均无法直接建立通信链路，发送节点需要通过两个中继节点群来建立与目标节点之间的通信；参与协作通信的中继节点的个数是已知的，整个网络模型的信道参数可以通过信道估计来获得；在通信过程中，源节点向第一组中继节点广播信号，在第一跳的信道混叠上噪声，第一组中继节点用波束成形权向量w对接收到的信号进行加权，然后用放大转发的方式经过第二跳信道向第二组中继节点广播，第二组中继节点接收到信号后，对接收信号用另一个波束成形权向量v进行加权，然后以放大转发的方式向目的节点发送信号，该信号通过第三跳的信道混叠上噪声之后，在目的节点处接收；在每组中继节点都满足一定功率约束的前提下，对两组中继节点波束成形权向量进行联合优化，从而提高目的节点的接收信噪比，具体实施中，基于第一组中继节点用波束成形权向量w和第二组中继节点波束成形权向量v之间的关系，将第二组中继节点波束成形权向量v用第一组中继节点用波束成形权向量w表示出来，将多变量最优化问题转化为仅包含一个波束成形权向量的单一变量最优化问题，然后完全运用遗传算法实现，具体步骤如下：步骤一、设定第一组和第二组中继节点各自的功率约束，通过信道估计，得到第一、二、三跳信道的参数分别为f、H、g；步骤二、初始化第一组中继节点的波束成形权向量w的种群，该种群须在由第一组中继节点的功率约束确定的可行域内，对于任意满足第一组中继节点功率约束的w，最优化的第二组中继节点波束成形权向量v用w表示出来，计算出当前种群中每一个w所对应的目标函数值，即目的节点的接收信噪比；步骤三、根据上述一系列目标函数值，运用遗传算法，生成w新的种群，计算该种群中每一个w所对应的目标函数值，并选出其中最大的目标函数值；步骤四、判断当前的最大的目标函数值是否满足迭代条件，若满足则重复步骤三，若不满足则进行步骤五；步骤五、输出种群中使目标函数最大的w，并计算对应的最优化的v，即为所求的两个波束成形权向量。