[發明專利]一種實現移動終端多天線位置優化配置的智能優化方法

有效

• 申請號: 201410116012.0
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103916170B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 李岳衡;王莉;付明浩;羌佳琳;崔磊;彭文杰;居美艷;黃平;蔣德富
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及一種實現移動終端多天線位置優化配置的智能優化方法，屬于無線通信領域。

背景技術

隨著移動通信技術的快速發展和可利用的頻譜資源的日漸短缺這一矛盾的日益突出，如何在現有有限的頻帶資源上盡可能大地提高信息傳輸的速率和可靠性就成為移動通信領域日漸關注的一個研究課題。1994年punlraj等人提出的多輸入多輸出(MIMO)概念，即在無線通信系統的發送端和接收端同時使用多副天線同時收發信號來增加無線信道的容量和傳輸質量，為移動通信領域這一研究難題的解決帶來了希望。

與傳統的單輸入單輸出(SISO)技術相比，采用多個天線同時發送和接收信號的MIMO技術，能充分利用空間資源，可以在不增加帶寬和發射功率的前提下，大大提高系統的頻譜利用率并顯著提高系統的傳輸速率和鏈路穩定性。因此，該技術一經提出就得到了業界的廣泛關注，業已成為第四代和下一代(5G)移動通信系統的關鍵技術之一。

雖然MIMO技術的提出為解決現今頻譜資源的有限性帶來了曙光，但同時也帶來了一些新的挑戰。特別是在移動終端若要采用多天線MIMO技術以最大化實現MIMO系統的優勢時，由于移動終端日益小型化的發展趨勢和便攜性決定了其尺寸嚴格受限的特點，故而在移動終端布置多根天線后，勢必會導致天線間距離的極度縮短，進而在接收天線的陣元之間產生嚴重的信號空域相關性和信號間的電磁干擾亦即所謂的互耦效應，從而影響系統的整體容量性能。已有的一些定性的數值仿真研究結果表明，在尺寸嚴格受限的移動終端，其系統容量與天線的個數及天線陣列之間的間隔有密切的聯系，但現有結果仍然缺乏從一定的理論層面就給定尺寸受限移動終端采用MIMO多天線技術時，有關如何優化這些終端天線的最優位置以最大化提升系統信道容量或傳輸質量的相關思考。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種實現移動終端多天線位置優化配置的智能優化方法，采用智能優化算法來優化終端天線的位置，獲取以信道容量為性能優化目標的終端天線位置最優分布，對移動終端天線位置進行優化，可以很好地改善當前通信系統性能。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發明提供一種實現移動終端多天線位置優化配置的智能優化方法，以系統信道容量C為系統性能優化指標，采用粒子群智能優化算法對移動終端天線位置進行優化并得出最優解，得出的最優解即為移動終端天線最優分布位置，具體如下：

步驟1，充分考慮天線之間的互耦效應對系統信道容量的影響，系統信道容量C的表達式為：

C＝[log₂(det|I_n+ρH_mcH_mc^H/N|)]

式中，N為發送天線的數目，n為接收天線的數目，I_n為n階單位矩陣，ρ為信噪比，(.)^H為復共軛轉置，H_mc為考慮了天線之間互耦效應的系統實際工作環境的信道模型；

步驟2，對粒子群進行隨機初始化，包括隨機初始化粒子群中各粒子的位置x_n和速度v_n；

步驟3，以系統信道容量C為目標函數，將初始化的粒子群中粒子的位置x_n代入目標函數中計算每個粒子的適應度Adapt_n，具體如下：

Adapt_n＝log₂(det|I_n+ρH_mcH_mc^H/N|)

并將其作為該粒子獲得的局部最優解pBest_n，將相應區域內所有粒子中適應度最大的粒子作為該區域初始全局最優解gBest_n；

步驟4，更新粒子的位置和速度，且對任意粒子的更新后的位置和速度有如下表達式：

式中，x_n′和v_n′分別表示粒子的更新后的速度和位置，ω是慣性系數，ζ₁和ζ₂是學習因子，κ₁和κ₂是隨機數；

對粒子的更新后的位置進行判斷，若粒子的更新后的位置還在小區內則進入下一步驟，若不在則重復進行本步驟；