基于GA遗传优化算法的Okumura-Hata信道参数估计算法matlab仿真

简介: 在MATLAB 2022a中应用遗传算法进行无线通信优化,无水印仿真展示了算法性能。遗传算法源于Holland的理论,用于全局优化,常见于参数估计,如Okumura-Hata模型的传播损耗参数。该模型适用于150 MHz至1500 MHz的频段。算法流程包括选择、交叉、变异等步骤。MATLAB代码执行迭代,计算目标值,更新种群,并计算均方根误差(RMSE)以评估拟合质量。最终结果比较了优化前后的RMSE并显示了SNR估计值。

1.算法仿真效果
matlab2022a仿真结果如下(完整代码运行后无水印):

1.jpeg
2.jpeg
3.jpeg

2.算法涉及理论知识概要
遗传算法(Genetic Algorithm, GA)是一种模拟自然界生物进化过程的全局优化搜索算法,由John Holland于1975年提出。它利用达尔文的自然选择和遗传学原理,通过选择、交叉、变异等操作对一组解(称为种群)进行迭代优化,以求解复杂优化问题。在无线通信领域,GA常被用来估计信道模型中的未知参数,比如Okumura-Hata模型中的传播损耗参数,以提高模型预测的准确性。

   Okumura-Hata模型是评估城市环境中移动通信系统中传播损耗的经典模型,主要用于预测频率范围为150 MHz至1500 MHz的开阔地带和市区环境下的路径损耗。其基本形式为:

a7a7895268ca505288d109c8d05a0a49_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

   使用遗传算法来估计Okumura-Hata模型中的未知参数(如χ或其他可能的环境修正因子),主要流程包括以下几个步骤:

f83c58fb695dff2710ea7a8de5e41432_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png
bd2a218e6f77fba76dd931be4d526e99_watermark,size_14,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_20,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.png

3.MATLAB核心程序

while gen < MAXGEN;   
      gen
      Pe0 = 0.9995;
      pe1 = 0.0005; 

      FitnV=ranking(Objv);    
      Selch=select('sus',Chrom,FitnV);    
      Selch=recombin('xovsp', Selch,Pe0);   
      Selch=mut( Selch,pe1);   
      phen1=bs2rv(Selch,FieldD);   

      for a=1:1:NIND  
          X           = phen1(a,:);
          %计算对应的目标值
          [epls]      = func_obj(X);
          E           = epls;
          JJ(a,1)     = E;
      end 
      IDX = find(JJ > 100000000);
      JJ(IDX)=[];


      Objvsel=(JJ);    
      [Chrom,Objv]=reins(Chrom,Selch,1,1,Objv,Objvsel);   
      gen=gen+1; 
      Error(gen) = mean(JJ);
      [VV,II]    = min(JJ);
end 

figure;
plot(Error,'linewidth',2);
grid on
xlabel('迭代次数');
ylabel('遗传算法优化过程');
legend('Average fitness');

[V,I] = min(JJ);
X     = phen1(I,:);
rng('default'); 
y     = wireless_hata_attenuation(floor(X(1))+1,X(2),X(3),X(4),d);


RMSE2 = sqrt(mean((T2-y).^2));

figure;
plot(T2)
hold on
plot(1:5:length(y),y(1:5:end),'rx')
legend('Okumura-Hata信道数据','优化后Okumura-Hata信道数据');
xlim([0,100]);



disp('优化前后拟合值的RMSE对比');

RMSE1
RMSE2

disp('SNR估计值');
X
0X_063m
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