[發明專利]一種認知中繼網絡的次用戶網絡線性收發機的設計方法

有效

• 申請號: 201410415140.5
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104202277B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 張廣馳
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03;H04L1/06;H04B7/0456;H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及無線通信物理層新技術領域，更具體地涉及一種認知中繼網絡的次用戶網絡線性收發機的設計方法。

背景技術

認知無線電技術因能夠有效利用日近枯竭的無線電頻譜資源而備受關注。該技術能在不影響獲頻譜授權的主用戶通信的前提下，使未獲頻譜授權的次用戶使用同一頻段進行通信。頻譜共用的方式主要分為overlay和underlay兩種。其中overlay方式規定次用戶只能在主用戶空閑時使用頻譜，而underlay方式在保證次用戶不對主用戶造成影響的前提下允許次用戶與主用戶同時共用頻譜。以協作通信為代表的無線中繼技術，是對抗無線信道路徑損耗和衰落的有效方法，具有成本低、能耗低、吞吐量大、覆蓋范圍廣等優點，中繼負責轉發信號，當中繼配備多根天線時，最優的收發機設計，能極大提高通信效率。

次用戶具有中繼的認知無線電網絡稱為認知中繼網絡。收發機設計是認知中繼網絡的熱門研究方向之一。設計內容包括：次用戶發射機預編碼器設計、線性接收機設計和中繼波束成型設計。認知中繼網絡的收發機設計研究主要針對underlay模式。在該模式下，具有頻譜授權的主用戶和不具有頻譜授權的次用戶網絡同時同頻通信。次用戶必須保證不降低主用戶的通信質量；與此同時，次用戶卻面臨著來自主用戶信號的干擾。通過為次用戶設計收發機，能有效解決上述問題。在underlay認知中繼網絡中，相關的收發機設計內容有的針對無中繼認知無線電網絡，有的針對單中繼、單天線或者單用戶認知無線電網絡，但是對具有多用戶、多中繼、多天線的認知中繼網絡的收發機設計進行研究的內容還不多。現有研究是以最小化中繼轉發噪聲功率為目標的，缺乏同時消除次用戶對主用戶干擾、主用戶對次用戶干擾以及次用戶間相互干擾，并最大化次用戶吞吐量的收發機設計的內容。

發明內容

本發明的目的在于提出一種知中繼網絡的次用戶網絡線性收發機的設計方法，實現消除次用戶對主用戶干擾、主用戶對次用戶干擾以及次用戶間相互干擾，并最大化次用戶吞吐量。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種認知中繼網絡的次用戶網絡線性收發機的設計方法，其中次用戶網絡包括次用戶源端發射機、次用戶目標接收端和次級用戶中繼，次用戶源端發射機在未獲得頻譜授權的情況下利用已獲得頻譜授權的主用戶的頻段發射信號，通過次用戶中繼轉發至次用戶目標接收端接收；為每個次用戶源端發射機設計線性預編碼器，消除次用戶發射機對主用戶的干擾；為每個次用戶目標接收端設計線性接收機，消除主用戶對次用戶接收機的干擾；為每個次用戶中繼設計波束成型，消除中繼對主用戶的干擾、消除次用戶間的相互干擾，并最大化次用戶的吞吐量。

所述的線性預編碼器是線性迫零預編碼器。通過把次用戶源的發射信號限制在特定的信號零空間中，消除次用戶源對主用戶接收機的干擾。

所述線性接收機是線性迫零接收機。通過把來自主用戶的信號限制在特定的信號零空間中，消除主用戶對次用戶目標端接收機的干擾。

所述線性迫零預編碼器的設計方法如下：

S11計算從每個次用戶源到主用戶接收機的等效信道矩陣

S12：對等效信道矩陣進行奇異值分解；

S13：用與零奇異值對應的列向量構成次用戶源端的迫零線性預編碼器；

其中，主用戶源端、接收端分別用S_i、D₀表示，U₀為接收端的線性接收機矩陣。

所述的線性迫零接收機的設計方法如下：

S21：計算從主用戶發射機到每個次用戶目標端的等效信道矩陣

S22：對等效信道矩陣進行奇異值分解；

S23：用與零奇異值對應的列向量構成次用戶目標端的迫零線性接收機；

其中，主用戶源端、接收端分別用S₀、D_i表示，V₀為主用戶源端的預編碼矩陣。

所述的波束成型的設計方法如下：

S31：通過對波束成型矩陣矢量化，把求L個中繼波束成型矩陣{W₁,W₂,...,W_L}的問題轉化為一個波束成型矢量w；

S32：把消除中繼對主用戶接收機的干擾的條件以及消除次用戶間相互干擾的條件分別轉化為兩個等效矩陣與波束成型矢量w的乘積為零的條件，通過Kronecker積和分塊矩陣，構造這兩個等效矩陣A和B；

其中，