[发明专利]一种基于认知混合双向中继的波束成形方法

摘要

本发明公开了一种基于认知混合双向中继的波束成形方法，包括：一、中继节点在第一时隙接收来自认知用户Su1和主用户的信号，并根据接收信号的信噪比选择工作在放大转发与解码转发模式；二、中继节点在第二时隙接收来自认知用户Su2和主用户的信号，并根据接收信号信噪比选择工作在放大转发或解码转发模式；三、在第三时隙中，中继端将前两个时隙得到的信号叠加，在满足认知用户信噪比要求以及中继端总发送功率约束条件下以最小化主用户接收端的干扰为目标进行波束成形设计；四、步骤三得到的是非凸优化问题，引入半正定松弛方法将原优化问题转化为准凸优化问题，利用内点法求解得到最优波束成形向量。本发明降低了系统间的干扰，可以提高系统性能。

主权项

1.一种基于认知混合双向中继的波束成形方法，所述的认知混合双向中继系统包括认知用户Su1和Su2，一个主用户对及K个中继节点，其特征在于包括以下步骤：步骤一：中继端在第一时隙接收来自认知用户Su1和主用户的信号，其中，接收到的认知用户的信号为有用信号，接收到的用户的信号为干扰信号，每个中继节点根据接收信号的信干噪比选择工作在AF或DF模式；步骤二：中继端在第二时隙接收来自认知用户Su2和主用户的信号，每个中继节点根据接收信号的信干噪比选择工作在AF或DF模式；步骤三：在第三时隙中，中继端将前两个时隙得到的信号叠加，在满足认知用户信噪比要求以及中继端总发送功率约束条件下以最小化主用户接收端的干扰为目标进行波束成形设计；步骤四：步骤三得到的是非凸优化问题，引入半正定松弛方法将原优化问题转化为准凸优化问题，利用内点法求解得到最优波束成形向量；具体为：步骤一中，在第一个时隙中主用户发送端发送信号给主用户接收端，认知用户Su1广播信号s₁给中继端，中继端接收信号为：其中，p1是认知用户Su1的发射功率，pp为主用户发射功率，nR＝[n1,n2,...nk]H为中继端的加性噪声，nR∈CN(0,σ2I)；当r1的SINR高于门限值r时采用DF方式解调出有用信号s1，否则采用AF方式将信号归一化；fm为认知用户到中继端的信道向量，fm＝[fm1,fm2,...fmk]Τ，m∈{1,2}，h1，h2分别表示主用户与中继端之间的上行信道向量以及下行信道向量，hm＝[hm1,hm2,...hmk]T,m∈{1,2}；步骤三中，在第二个时隙中主用户发送端发送信号给主用户接收端，认知用户Su2广播信号s₂给中继端，中继端接收信号为：其中，p2是认知用户Su2的发射功率，当r2的SINR高于门限值r时采用DF方式解调出有用信号s2，否则采用AF方式将接收到的信号归一化；步骤三：在第三时隙中中继端的每个中继节点将前两个时隙的得到的信号进行叠加，在中继端进行波束成形设计，并广播波束成形信号：xR＝W(D1r1+D2es1+D3r2+D4es2)其中，W＝diag(w)，w＝[w1,w2,...wk]H，wi为波束成形向量因子，e为单位向量，D1，D2，D3，D4为对角矩阵：其中，r1i，r2i，分别为第一、第二时隙中继节点i的接收信号的信干噪比，β1i，β2i分别为第一、第二时隙中继节点i的功率归一化因子，中继节点i的发送功率表示为：因此，中继端总的发送功率表示为2||w||2，此时认知用户接收端的信干噪比分别为：其中，A1＝p2F1λλHF1H,λ＝D3f2+D4e令H2＝diag(h2)，主用户接收端的干扰功率为：pI＝wHCw其中根据认知混合双向中继系统模型，以降低对主用户的干扰为目的，同时满足认知用户接收端信干噪比门限以及中继端总功率约束条件，该波束成形问题建模为以下优化问题:s.t SINR1≥r1SINR2≥r22||w||2≤pR其中，r₁，r₂分别为两个认知用户接收端信干噪比门限，p_R为中继端总的发送功率限制；定义优化问题写成如下形式：tr(X)≤pR/2RankX＝1步骤四：由于秩为1的约束，上式问题是非凸优化问题，很难直接求解，通过使用SDR方法，对优化问题进行松弛处理，去除秩为1的约束，转化为SDP问题：tr(X)≤pR/2使用内点法求解得到最优解，验证所得的最优解X秩的值，当rankX＝1时，最优波束成形向量w通过特征值分解求得，当rankX＞1时，通过随机法得到最优波束成形向量w。