[发明专利]一种冲击噪声环境下的中继协作网络优化方法

权利要求书

1.一种冲击噪声环境下的中继协作网络优化方法，该方法的具体步骤为：

步骤1：根据冲击噪声分布模型和中继协作网络信号模型得到接收端接收到中继端发送的信号为：

其中s为发送信号，r＝(r₁，…，r_N)^T表示N个中继节点接收到的信号矢量，r_i(i＝1，2，…N)表示第i个中继节点接收到的信号，h_r＝(h_r1，…，h_rN)^T表示发射端到N个线中继节点的信道系数矢量，h_ri(i＝1，2，…N)为第一跳中第i个中继节点的信道系数，表示为N个线中继节点到接收端的信道系数矢量，h_ti(i＝1，2，…，N)表示第i个中继节点到接收端的信道系数，n_r＝(n_r1，…，n_rN)^T，n_ri(i＝1，2，…，N)为发射端到第i个中继节点的信道噪声，n_t为中继节点到接收端的信道噪声，F＝diag(f₁，…，f_N)为波束形成矩阵，f_i(i＝1，2，…，N)为第i个中继节点放大系数；

步骤2：采用分布优化的方法和最大似然方法得到波束形成矩阵F的实部似然函数和虚部似然函数

步骤2-1：由步骤1，对接收端的噪声项拆分为噪声虚部和噪声实部，即：

n＝n_R+jn_I

其中，为噪声的实部，为噪声的虚部，a_1R，…，a_NR，-a_1I，…，-a_NI和a_1R，…，a_NR，a_1I，…，a_NI分别为接收端的噪声n实部和虚部的加权系数；n_ri(i＝1，2，…，N)为发射端到第i个中继节点的信道噪声，n_t为中继节点到接收端的信道噪声，n_riR和n_riI分别为n_ri的实部和虚部，n_tR和n_tI分别为n_t的实部和虚部；

步骤2-2：由拉普拉斯分布冲击噪声的概率密度函数，可得接收端噪声的实部项和虚部项的概率密度函数分别为：

其中，a_iR和a_iI为冲击噪声加权常系数，b＞0为拉普拉斯分布的尺度参数，表示A_l的4N-1次方，表示A_l的平方，表示A_j的平方；

步骤2-3：假设在接收端接收到的信号即为发射端的信号，则接收端的噪声可近似表示为：

其中，s_R和s_I分别表示为信号s的实部和虚部，服从均值为零，方差为σ²的高斯分布，且相互独立；其中c_iR＝(h_tiRf_iR-h_tiIf_iI)h_riR-(h_tiRf_iI+h_tiIf_iR)h_riI，c_iI＝(h_tiRf_iR-h_tiIf_iI)h_riI+(h_tiRf_iI+h_tiIf_iR)h_riR，i＝1，…，N，表示为N个线中继节点到接收端的信道系数矢量，h_ti(i＝1，2，…，N)表示第i个中继节点到接收端的信道系数，h_tiR和h_tiI分别为h_ti的实部和虚部，f_i(i＝1，2，…，N)为第i个中继节点放大系数，f_iR和f_iI分别为f_i的实部和虚部；

步骤2-4：将步骤2-3中的和代入步骤2-2中和可得波束形成矩阵F的似然函数为：

步骤3：采用最大似然期望方法，对步骤2中所求的波束形成矩阵F的似然函数和化简，可得：

其中σ为s_R和s_I的标准差；

步骤4：由步骤3，优化目标函数可转化为：采用最速下降法得到最优的波束形成矩阵F；

步骤4-1：由步骤3，化简函数和为：

其中，

步骤4-2：由于和表达式一样，不妨以为例分别对f_iR和f_iI求偏导，可得：

步骤4-3：采用最速下降法求解最优的波束形成矩阵F；

步骤5：采用迫零均衡准则获得均衡系数

步骤6：恢复出所需的信号为：

2.如权利要求1所述的一种冲击噪声环境下的中继协作网络优化方法，其特征在于所述步骤4-3的具体步骤为：

步骤4-3-1：首先选取波束形成矩阵的初始值F⁽⁰⁾，设定迭代终止误差ε＞0，迭代计数值初始化k＝0；

步骤4-3-2：计算或关于f_iR和f_iI的偏导，k表示迭代次数，所求的偏导表达式参考步骤4-2，判断在当前点偏导的二范数是否满足小于ε，如果满足，则停止迭代，执行步骤4-3-5，否则执行4-3-3；

步骤4-3-3：梯度方向的反方向就是当前点下降最快的方向，因此以该方向作为搜索方向，即取为搜索方向；

步骤4-3-4：以f_i^(k)为出发点，d^(k)为一维搜索方向，确定最优步长λ^(k)，使得令f_i^(k+1)＝f_i^(k)+λ^(k)d^(k)，同时迭代计数值更新k＝k+1，返回步骤4-3-2进行条件判断；

步骤4-3-5：求出最后所求极值点所对应的最优的波束形成矩阵F。