[发明专利]基于自干扰能量收集的全双工中继鲁棒波束成形设计方法

权利要求书

1.一种基于自干扰能量收集的全双工中继鲁棒波束成形设计方法，其特征在于，以最小化中继自身电池所需提供的功率为目标，并对最大中继发射功率以及最低端到端信噪比进行约束，并考虑实际系统中的信道信息误差，具体包括以下步骤：

(1)构建以最小化中继自身电池所需提供的功率为目标的优化问题，所述中继自身电池所需提供的功率为中继发射功率与中继收集能量的差值，优化问题的约束条件包括中继发射功率不超过中继发射功率上限，以及端到端信噪比不低于信噪比下限；

(2)利用施密特正交化转换问题形式；

(3)利用KKT条件求解最优正交化系数的模值；

(4)得出最优中继鲁棒波束成形；

步骤(1)中构建的优化问题如下：

优化目标：最小化P_b＝P_R-P_EH

约束条件：P_R≤P_max

γ≥γ₀

其中P_b是中继自身电池所需提供的功率，P_R＝||w_R||²是中继发射功率，w_R是中继波束成形向量，是中继收集能量，上标H表示共轭转置，表示w_R的单位向量，||·||²是模值平方和，|·|²是绝对值平方，β是能量转换效率，α是功率划分因子，P_s是信源发射功率，E(·)表示求取统计平均，为信源到中继的估计信道，Δh为信源到中继的估计误差，服从均值为0方差为的复高斯分布，为估计自干扰信道，Δf为自干扰信道估计误差，服从均值为0协方差矩阵为的复高斯分布，是中继处噪声方差，P_max是中继发射功率上限，γ＝min(γ_SR，γ_RD)是最低端到端信噪比，是信源端到中继端的信道信噪比，是中继端到目的端的信道信噪比，为中继到目的估计信道，Δg为中继到目的估计误差，服从均值为0协方差矩阵为的复高斯分布，是目的节点处噪声方差；γ₀是端到端信噪比要求；

步骤(2)利用施密特正交化，将w_R写成其中β₁，β₂表示正交化系数的模值，j表示虚数单位，∠表示复数的幅角，再将构建的原始优化问题转换为如下等价形式：

优化目标：

约束条件：

其中，令上述问题改写成：

优化目标：

约束条件：

2.根据权利要求1所述的一种基于自干扰能量收集的全双工中继鲁棒波束成形设计方法，其特征在于，步骤(3)利用KKT条件求解得到β₁，β₂的最优解，包括：

令解集B为下列{β₁，β₂}的集合：

1)β₁＝0，β₂＝0；

2)

3)

4)

则β₁，β₂的最优解为

3.根据权利要求2所述的一种基于自干扰能量收集的全双工中继鲁棒波束成形设计方法，其特征在于，步骤(4)得出最优中继鲁棒波束成形向量