一种基于A-Star算法的接收天线最优路径寻找方法技术

本发明专利技术属于5G通信技术领域，具体为一种基于A‑Star算法的接收天线最优路径寻找方法，包括以下步骤：计算出接收天线索引序列的欧氏距离期望，对期望进行降序排列；把排序后的接收天线索引序列作为搜索层数序列，确定搜索树；用搜索树的分支表示发送向量，搜索树的根为A‑Star算法初始节点，对排序后的接收天线进行树搜索，找到接收天线的最优路径。本发明专利技术能够在系统性能和计算复杂度之间进行有效的权衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于A-Star算法的接收天线最优路径寻找方法
本专利技术属于无线通信领域，具体为一种基于A-Star算法的接收天线最优路径寻找方法。
技术介绍
大规模多输入多输出(MassiveMulti-inputMulti-output，MassiveMIMO)系统需要复杂的天线间同步技术及多条射频链路，导致系统的运算复杂度较高、能量消耗和硬件实现难度较大。空间调制(SpatialModulation，SM)技术是一种利用激活发射天线的序号和调制符号共同表示发射信息的新型传输方案，可完全消除空间多路MIMO系统中接收信号间的相互干扰，具有较高的传输速率。SM作为MIMO系统中的新技术，该技术能够利用发送天线序号来传递信道比特，同时避免信道间干扰，因此成为大家研究的的热点之一。空间调制系统中，将信息比特分成两部分，一部分映射到所选天线序号上，另一部分映射到传统的调制星座图上，因此能够有效的利用发送天线序号所形成的空间维来传输信息比特。此外，空间调制系统在同一个发送时隙内，只允许一根天线激活，其它天线保持静默状态，这样有效的避免的信道间干扰。目前，许多研究者通过基于开销估计的快速检测算法，将图论中的A-Star算法理论引入到信号检测。但是该方法具有较高的计算复杂度，因此，本专利技术提出了一种基于A-Star算法分层排序的接收天线检测方法，该方法能够在系统性能和计算复杂度之间进行有效的权衡。
技术实现思路
基于现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于A-Star算法的接收天线最优路径寻找方法，包括以下步骤：S1、计算出接收天线索引序列的欧氏距离期望，按照所述欧氏距离期望对接收天线索引进行降序排列；S2、把排序后的接收天线索引序列对应作为搜索层数序列，确定搜索树；S3、用搜索树的分支表示发送向量，搜索树的根为A-Star算法初始节点，对排序后的接收天线索引序列进行树搜索，找到接收天线的最优路径。进一步的，所述欧式距离期望Er的计算方式为：其中，xv表示接收向量x的第v维元素，al,v表示信道矩阵A的第l行的第v维元素，v∈{1,2,...,Nv}，l∈{1,2,...,Nu}；s表示发送的调制符号，sM表示第M个调制符号；M表示调制符号集合中元素总数；Nv表示接收天线数目；Nu表示发送天线数目。进一步的，所述步骤S2包括按照欧式距离期望值，从大到小的将Nv根接收天线排列成Nv层，并在每层构成L个分支；Nv表示接收天线数，L表示树搜索中的分支数。进一步的，所述步骤S3包括用L个分支分别表示L个发送向量，依次计算出第1到第v层的累积成本值，确定出每层的启发式函数值最小的节点，以第1到第v层中启发式函数值最小的节点对应的分支作为最优路径。进一步的，所述累积成本值的计算方式为：Qu＝|xv-av,ls|2+Pv-1其中，Qu表示第u个分支的累积成本值，xv表示接收向量x的第v维元素，al,v表示信道矩阵A的第l行的第v维元素，l∈{1,2,...,Nu}；Nu表示发送天线数目；s表示发送的调制符号；Pv-1表示第v-1层的累积成本值。进一步的，所述启发式函数值的计算方法为：k(u)＝g(v,u)+h(v,u)其中，g(v,u)表示初始节点到目的节点(v,u)的实际路径成本，h(v,u)表示初始节点到目的节点(v,u)的目标路径成本；u∈{1,2,...,L}。进一步的，目标路径成本h(v,u)的计算公式为：h(v,u)＝|xv+1-Av+1,ls|2其中，xv+1表示接收向量x的第v+1维元素，Av+1,l表示信道矩阵A的第l行的第v+1维元素，l∈{1,2,...,Nu}；s表示发送的调制符号。本专利技术的有益效果：本专利技术将A-Star算法理论引入到天线检测中。A-Star算法不仅考虑上一个路径的成本还考虑未搜索子树的估计成本。同时，本专利技术减少了硬件访问次数，非常适合硬件实现。本专利技术先将接收天线序列按度量值从大到小排序，再遍历各子树，这种方案将度量值小的节点排列到后几层，能够较早的排除有错节点，使所选分支尽可能包括最优路径。本专利技术提出的方法在减少复杂度的同时，还能保证A-Star算法近似最优的检测性能。附图说明图1为本专利技术采用的SM系统框图；图2为本专利技术在进行排序前的树搜索图；图3为本专利技术排序后的搜索树图；图4为本专利技术与现有技术在采用Nu＝Nv＝8，调制方式为64QAM时计算复杂度的复杂度对比图；图5为本专利技术与现有技术在采用Nu＝Nv＝16，调制方式为32QAM时计算复杂度对比图；图6为本专利技术在采用不同调制方式下的误比特性能比较图；图7表示本专利技术在采用多激活天线的下的误比特性能比较图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图与具体实施例对本专利技术作进一步说明：假定发送天线为Nu根，接收天线为Nv根；其中，通过准静态频率平坦衰落信道进行通信的多天线SM系统可以被建模为图1所示，SM的基本思想是将待发送的信息分为两部分，一部分用于选择激活发送天线的序号，另一部分用于选择调制符号。M是调制符号集合中元素总数大小，激活发送天线携带log2(Nu)个比特信息，调制符号携带log2(M)个比特信息，所以发送天线每次能有效地传输m＝log2(Nu)+log2(M)个比特。lu表示激活发送天线的序号，lu与l同意，即lu∈{1,2,...,Nu}，s表示发送的调制符号，且s∈{s1,s2,…,sM}。在平坦慢衰落情况下，假设Nv×Nu维的信道矩阵A中的各子信道相互独立，且服从瑞利分布和均值为零、方差为1的复高斯分布；假设w为每根接收天线上的理想加性复高斯白噪声，已知噪声功率谱密度，符号能量为1，信道矩阵用A表示，Nu×1维发送向量为：Nv×1维接收向量x为：公式(3)表示SM系统中最大似然检测算法，xv表示x的第v维元素，al,v表示al的第v维元素；||||表示范数。在本专利技术采用的A-Star算法树搜索中，访问节点(目的节点)(v,u)的顺序通过启发式函数k(u)确定。启发式函数k(u)可分为初始节点到目标(v,u)节点实际路径成本g(v,u)，以及从初始节点到目标节点(v,u)的目标成本函数h(v,u)，即k(u)＝g(v,u)+h(v,u)。接收天线数用Nv表示，树搜索中的分支号为u，u∈{1,2,...,L}，在树搜索图2中，L＝4，即u∈{1,2,3,4}；层号用v表示，v∈{1,2,...,Nv}。把A-Star算法应用于Nv根接收天线和Nu根发送天线的空间调制系统中，结合式(3)得：Qu＝|xv-av,ls|2+Pv-1(4)P0＝0(5)初始节点(根节点)与目前节点(v,u)的累积路径成本为Pv，从式(5)P0＝0开始，表达式(4)直到累积到Pv最终路径成本；其中，Qu表示第u个分支的累积成本值；Pv-1表示第v-1层的累积成本值。图2为2根收发天线、采用QPSK调制的SM系统通过本专利技术的A-Star算法的树搜索过程图。四种发送向量分别用图中的四个分支表示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于A‑Star算法的接收天线最优路径寻找方法，其特征在于包括以下步骤：S1、计算出接收天线索引序列的欧氏距离期望，按照所述欧氏距离期望对接收天线索引进行降序排列；S2、把排序后的接收天线索引序列对应作为搜索层数序列，确定搜索树；S3、用搜索树的分支表示发送向量，搜索树的根为A‑Star算法初始节点，对排序后的接收天线索引序列进行树搜索，找到接收天线的最优路径。

【技术特征摘要】
1.一种基于A-Star算法的接收天线最优路径寻找方法，其特征在于包括以下步骤：S1、计算出接收天线索引序列的欧氏距离期望，按照所述欧氏距离期望对接收天线索引进行降序排列；S2、把排序后的接收天线索引序列对应作为搜索层数序列，确定搜索树；S3、用搜索树的分支表示发送向量，搜索树的根为A-Star算法初始节点，对排序后的接收天线索引序列进行树搜索，找到接收天线的最优路径。2.根据权利要求1所述的一种基于A-Star算法的接收天线最优路径寻找方法，其特征在于，所述欧式距离期望Er的计算方式为：其中，xv表示接收向量x的第v维元素，al,v表示信道矩阵A的第l行的第v维元素，v∈{1,2,...,Nv}，l∈{1,2,...,Nu}；s表示发送的调制符号，sM表示第M个调制符号；M表示调制符号集合中元素总数；Nv表示接收天线数目；Nu表示发送天线数目。3.根据权利要求1所述的一种基于A-Star算法的接收天线最优路径寻找方法，其特征在于，所述步骤S2包括从大到小的按照欧式距离期望值，将对应的Nv根接收天线依次排列成Nv层，并在每层构成L个分支；从而形成搜索树；其中，Nv表示接收天线数，L表示树搜索中的分支数。4.根据权利要求3所述的一种基于A-Star算法的接收天线最优路径寻找方法，其特征在于，所述步骤S3包括用搜索树的L个分支分别表示L个发送向量，依次计算出第1到第v层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华华，马昶，陈发堂，杨康，余永坤，李小文，王丹，刘宇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50