[發(fā)明專利]多用戶多天線SWIPT中改進(jìn)的MAX-SINR干擾對(duì)齊方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011526499.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN112702091B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許曉榮;王玉軍;趙彬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0413
• 分類號(hào): H04B7/0413;H04B7/0456;H04B17/336;H04B17/382;H04B17/391
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發(fā)明公開了多用戶多天線SWIPT系統(tǒng)中一種改進(jìn)的MAX?SINR干擾對(duì)齊方法。本方法以最大化SWIPT通信網(wǎng)絡(luò)最大化網(wǎng)絡(luò)和速率為優(yōu)化目標(biāo)建立優(yōu)化模型，通過對(duì)功率分割因子、發(fā)送端預(yù)編碼矩陣、接收端干擾抑制矩陣進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，使系統(tǒng)性能達(dá)到所需要求。研究表明，通過對(duì)接收端的干擾抑制矩陣進(jìn)行再次優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)最小化干擾泄漏功率(MIN?IL)和最大化信干噪比(MAX?SINR)的干擾對(duì)齊性能折中。本發(fā)明方法可以最大化SWIPT網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)和速率。研究表明，隨著接收端天線數(shù)目的增加，本發(fā)明方法的接收端可達(dá)和速率相比較于MIN?IL方法有明顯提高；對(duì)比MAX?SINR方法，本發(fā)明方法的干擾約束功率有大幅度下降。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息與通信工程技術(shù)領(lǐng)域，提出了在多用戶多天線無(wú)線攜能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)系統(tǒng)中通過改進(jìn)的最大化信干噪比(Maximize Signal to Interference and Noise Ratio,MAX-SINR)干擾對(duì)齊(Interference Alignment,IA)方法進(jìn)行干擾消除，實(shí)現(xiàn)最大化系統(tǒng)的頻譜效率。

背景技術(shù)

目前，大部分移動(dòng)終端設(shè)備都是能量受限的，同時(shí)這些能量存在著不可再生或者能量效率低下等問題，因此能耗問題成了研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)之一。近些年來(lái)，研究人員注意到，無(wú)線射頻信號(hào)(Radio Frequency,RF)不僅能攜帶信息，作為電磁波同時(shí)還能攜帶能量。而電感耦合和諧振耦合都需要在發(fā)射器和接收機(jī)處對(duì)線圈/諧振器進(jìn)行校準(zhǔn)和對(duì)準(zhǔn)，它們不適用于移動(dòng)和遠(yuǎn)程補(bǔ)給/充電，然而射頻能量傳遞沒有這種限制。因此，射頻能量傳輸被視為一種遠(yuǎn)距離能量傳輸技術(shù)，適合為大面積分布的大量設(shè)備供電。作為無(wú)線信息傳輸(Wireless Information Transmission,WIT)和無(wú)線能量傳輸(WirelessPowerTransmission,WPT)的結(jié)合——無(wú)線攜能通信(Simultaneous WirelessInformation and Power Transfer，SWIPT)技術(shù)的出現(xiàn)，人們看到了信息與能量同時(shí)傳輸?shù)目赡苄裕瑢?shí)現(xiàn)無(wú)線信息和能量可控高效同時(shí)傳輸，極大地延長(zhǎng)了能量受限網(wǎng)絡(luò)的壽命。

當(dāng)前，無(wú)線通信用戶的大幅度增長(zhǎng)，干擾已經(jīng)成為限制當(dāng)前無(wú)線通信性能的主要瓶頸之一。尤其是在多用戶多天線MIMO通信系統(tǒng)中的用戶間干擾，已經(jīng)嚴(yán)重限制了系統(tǒng)頻譜效率的進(jìn)一步提升。因此，如何處理多用戶多天線MIMO系統(tǒng)中的用戶間干擾已經(jīng)成為當(dāng)前MIMO技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。最近，設(shè)計(jì)合適的干擾管理技術(shù)(如干擾對(duì)齊技術(shù))，通過在發(fā)射端設(shè)計(jì)合理的預(yù)編碼矩陣和在接收端設(shè)計(jì)合理的干擾抑制矩陣，將干擾信號(hào)和期望信號(hào)分離，并在接收端將接收信號(hào)恢復(fù)，則能夠高效地抑制多用戶間的干擾，將干擾進(jìn)行疊加至干擾信號(hào)空間。目前主要有兩種不同優(yōu)化目標(biāo)的干擾對(duì)齊策略，分別為以最大化接收端信干噪比為目標(biāo)的最大化信干噪比(MAX-SINR)方法和以最小化系統(tǒng)的干擾泄漏功率(Leakage Interference,LI)的MIN-LI方法。

將多用戶MIMO技術(shù)與SWIPT技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)在多用戶多天線系統(tǒng)中將用戶之間的干擾消除，通過SWIPT技術(shù)，將對(duì)齊的干擾作為能量收集起來(lái)，可以供給能量受限的節(jié)點(diǎn)滿足自身的能耗需求，已經(jīng)受到了研究人員的廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明以多用戶多天線SWIPT系統(tǒng)中，接收端存在多個(gè)配備功率分割接收機(jī)的SWIPT節(jié)點(diǎn)為研究場(chǎng)景，以最大化網(wǎng)絡(luò)的和速率(單位頻帶信息速率)為優(yōu)化目標(biāo)，提出了多用戶多天線SWIPT系統(tǒng)中一種改進(jìn)的最大化信干噪比(MAX-SINR)干擾對(duì)齊優(yōu)化方法，給出了該方法的具體流程。該方法涉及設(shè)計(jì)發(fā)送端預(yù)編碼矩陣、接收端干擾抑制矩陣和最佳功率分割因子的聯(lián)合優(yōu)化。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1、多用戶多天線SWIPT系統(tǒng)的場(chǎng)景假設(shè)與建模：

在多用戶多天線的干擾對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)中，首先對(duì)系統(tǒng)的信息速率進(jìn)行建模。假設(shè)在傳輸過程中，系統(tǒng)中的干擾是不變的。則在第k個(gè)接收端接收到的信號(hào)為：