[發明專利]多用戶信能同傳系統低復雜度收發機設計方法

有效

• 申請號: 201410603345.6
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104320219B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 史清江;彭成;徐偉強;胡冰心
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及無線通信傳輸技術，具體為多用戶MISO(Multiple Input Single Output)無線信能同傳系統下行鏈路具有低復雜度的傳輸預編碼和接收功率分裂因子的聯合設計方法。

背景技術

隨著環境與能源問題的日趨嚴重，綠色通信技術已成為當今通信界的重要課題。無線電波作為一種潛在的綠色能源，不僅可以傳輸信息，還能夠傳輸能量，其雙重角色正漸漸進入人們的視線，同時，這種同時傳輸信息與能量的通信系統，不僅降低了通信耗能，而且對新能源進行有效利用，這無疑將是通信界以后重點研究目標。因此，由于其潛在的應用價值，我們有必要對這種無線信能同傳系統進行研究。

當前針對無線信能同傳系統的研究大多側重于考慮地理位置上分離的信息接收機和能量接收機或者假定接收機在某一時刻只能接收能量或者信息，并從信息論的角度研究了信能同傳系統的理論性能極限及傳輸策略。考慮到硬件電路實現的局限性，實際中很難利用同一接收信號來進行既進行信息解碼又進行能量采集(或者說采集無線能量的電路無法同時直接用來解碼信息)。因此，文獻[X.Zhou,R.Zhang,and C.Ho,“Wireless information and power transfer:architecture design and rate-energy tradeoff,”IEEE Trans.Commun.,vol.61,no.11,pp.4754-4767,Nov.2013.]設計了更實際的且高效的信息與能量接收機結構(包括共址分離式和共址集成式)，提出了基于功率分裂(Power Spliting,PS)的接收機工作模式。經過對現有技術檢索發現，文獻[Q.Shi,W.Xu,L.Liu and R.Zhang.“Joint transmit beamforming and receive power splitting for MISO SWIPT systems,”submitted to IEEE Trans.Wireless Commun.,2013]針對具有功率分裂型接收機的多用戶MISO信能同傳系統下行鏈路，基于半正定松弛技術提出了最優的預編碼和功率分裂因子設計方法。然而，最優的聯合設計方法盡管能獲得最小的傳輸功率，但是復雜度極高。為此，該文獻還提出了低復雜度的聯合設計方法，包括基于迫零預編碼的聯合設計方法和基于SINR最佳預編碼的聯合設計方法。但是，這兩種方法在中低信噪比情況下的性能還遠遠差于最優性能。本發明針對多用戶MISO信能同傳系統下行鏈路提供一種接近最優性能的且低復雜度的傳輸預編碼和接收功率分裂因子聯合設計方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現在的研究熱點-----無線信能同傳系統中的技術不足，提出一種多用戶無線信能同傳系統下行鏈路具有低復雜度的傳輸預編碼和接收功率分裂因子的聯合設計方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的，一種多用戶信能同傳系統低復雜度收發機設計方法，包括以下步驟：

第一步：基站進行信道估計得到h_k，k＝1,2,…K，其中h_k為基站到用戶k的信道向量，K為用戶數；

第二步：定義干擾信道矩陣k＝1,2,…K，對每個進行奇異值分解得到它的零空間的正交基矩陣U_k，計算迫零預編碼和最大合并比傳輸預編碼并定義k＝1,2,…K，將傳輸預編碼向量v_k固定為迫零預編碼和最大合并比傳輸預編碼的組合，即

v_k＝V_kx_k,k＝1,2,…K

其中：x_k為預編碼權重向量，它的第一維和第二維分別為迫零預編碼和最大合并比傳輸預編碼所對應的權重，通過優化二維向量x_k確定高維的預編碼向量v_k，從而降低計算復雜度；

第三步：利用半正定松弛技術求解基于基站端傳輸功率最小化的傳輸端預編碼權重和接收端功率分裂因子的聯合設計問題，得到最優的預編碼權重向量x_k和功率分裂因子ρ_k，再計算傳輸預編碼向量v_k＝V_kx_k,k＝1,2,…K；

第四步：基站利用v_k對傳輸信號進行預編碼，同時通過控制信道將每個功率分裂因子發送到相應的接收機，從而每個接收機設定功率分裂因子，實現信息與能量的同時接收。