[發(fā)明專利]一種基于認(rèn)知混合雙向中繼的波束成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610083168.2
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105656537B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉旭;賈婷婷;王士欣;楊龍祥;朱洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04W16/14
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務(wù)所 32241
• 代理人: 唐小紅

1.一種基于認(rèn)知混合雙向中繼的波束成形方法，所述的認(rèn)知混合雙向中繼系統(tǒng)包括認(rèn)知用戶Su1和Su2，一個(gè)主用戶對及K個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：中繼端在第一時(shí)隙接收來自認(rèn)知用戶Su1和主用戶的信號，其中，接收到的認(rèn)知用戶的信號為有用信號，接收到的用戶的信號為干擾信號，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信號的信干噪比選擇工作在AF或DF模式；

步驟二：中繼端在第二時(shí)隙接收來自認(rèn)知用戶Su2和主用戶的信號，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收信號的信干噪比選擇工作在AF或DF模式；

步驟三：在第三時(shí)隙中，中繼端將前兩個(gè)時(shí)隙得到的信號疊加，在滿足認(rèn)知用戶信噪比要求以及中繼端總發(fā)送功率約束條件下以最小化主用戶接收端的干擾為目標(biāo)進(jìn)行波束成形設(shè)計(jì)；

步驟四：步驟三得到的是非凸優(yōu)化問題，引入半正定松弛方法將原優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)凸優(yōu)化問題，利用內(nèi)點(diǎn)法求解得到最優(yōu)波束成形向量；

具體為：

步驟一中，在第一個(gè)時(shí)隙中主用戶發(fā)送端發(fā)送信號給主用戶接收端，認(rèn)知用戶Su1廣播信號s₁給中繼端，中繼端接收信號為：

其中，p₁是認(rèn)知用戶Su1的發(fā)射功率，p_p為主用戶發(fā)射功率，n_R＝[n₁,n₂,...n_k]^H為中繼端的加性噪聲，n_R∈CN(0,σ²I)；當(dāng)r₁的SINR高于門限值r時(shí)采用DF方式解調(diào)出有用信號s₁，否則采用AF方式將信號歸一化；f_m為認(rèn)知用戶到中繼端的信道向量，f_m＝[f_m1,f_m2,...f_mk]^Τ，m∈{1,2}，h₁，h₂分別表示主用戶與中繼端之間的上行信道向量以及下行信道向量，h_m＝[h_m1,h_m2,...h_mk]^T,m∈{1,2}；

步驟三中，在第二個(gè)時(shí)隙中主用戶發(fā)送端發(fā)送信號給主用戶接收端，認(rèn)知用戶Su2廣播信號s₂給中繼端，中繼端接收信號為：

其中，p₂是認(rèn)知用戶Su2的發(fā)射功率，當(dāng)r₂的SINR高于門限值r時(shí)采用DF方式解調(diào)出有用信號s₂，否則采用AF方式將接收到的信號歸一化；

步驟三：在第三時(shí)隙中中繼端的每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)將前兩個(gè)時(shí)隙的得到的信號進(jìn)行疊加，在中繼端進(jìn)行波束成形設(shè)計(jì)，并廣播波束成形信號：

x_R＝W(D₁r₁+D₂es₁+D₃r₂+D₄es₂)

其中，W＝diag(w)，w＝[w₁,w₂,...w_k]^H，w_i為波束成形向量因子，e為單位向量，D₁，D₂，D₃，D₄為對角矩陣：

其中，r_1i，r_2i，分別為第一、第二時(shí)隙中繼節(jié)點(diǎn)i的接收信號的信干噪比，β_1i，β_2i分別為第一、第二時(shí)隙中繼節(jié)點(diǎn)i的功率歸一化因子，中繼節(jié)點(diǎn)i的發(fā)送功率表示為：

因此，中繼端總的發(fā)送功率表示為2||w||²，此時(shí)認(rèn)知用戶接收端的信干噪比分別為：

其中，

A₁＝p₂F₁λλ^HF₁^H,λ＝D₃f₂+D₄e

令H₂＝diag(h₂)，主用戶接收端的干擾功率為：

p_I＝w^HCw

其中

根據(jù)認(rèn)知混合雙向中繼系統(tǒng)模型，以降低對主用戶的干擾為目的，同時(shí)滿足認(rèn)知用戶接收端信干噪比門限以及中繼端總功率約束條件，該波束成形問題建模為以下優(yōu)化問題:

s.t SINR₁≥r₁

SINR₂≥r₂

2||w||²≤p_R

其中，r₁，r₂分別為兩個(gè)認(rèn)知用戶接收端信干噪比門限，p_R為中繼端總的發(fā)送功率限制；定義優(yōu)化問題寫成如下形式：

tr(X)≤p_R/2

RankX＝1

步驟四：由于秩為1的約束，上式問題是非凸優(yōu)化問題，很難直接求解，通過使用SDR方法，對優(yōu)化問題進(jìn)行松弛處理，去除秩為1的約束，轉(zhuǎn)化為SDP問題：

tr(X)≤p_R/2

使用內(nèi)點(diǎn)法求解得到最優(yōu)解，驗(yàn)證所得的最優(yōu)解X秩的值，當(dāng)rankX＝1時(shí)，最優(yōu)波束成形向量w通過特征值分解求得，當(dāng)rankX＞1時(shí)，通過隨機(jī)法得到最優(yōu)波束成形向量w。