[发明专利]一种冲击噪声环境下的中继协作网络优化方法

摘要

该发明公开了一种冲击噪声环境下的中继协作网络优化方法，属于接收无线传输信号的无线通信技术范畴，具体地说，是一种在冲击噪声环境下对中继节点转发权值进行优化的方法。弥补现有算法的不足，提出了一种冲击噪声下的中继协作网络优化方法，基于冲击噪声中具有代表性的拉普拉斯分布数学模型，针对单天线的单发单收多中继通信网络给出了一种冲击噪声环境下中继节点转发权值矩阵的优化方法。这种方法比传统的高斯噪声环境中的算法对冲击性噪声具有更好的稳健性，能够在冲击噪声背景下获取更小的误码率。

主权项

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：t=htTFr+nt=htTF(hrs+nr)+nt=htTFhrs+htTFnr+nt]]>其中s为发送信号，r＝(r1，…，rN)T表示N个中继节点接收到的信号矢量，ri(i＝1，2，…N)表示第i个中继节点接收到的信号，hr＝(hr1，…，hrN)T表示发射端到N个线中继节点的信道系数矢量，hri(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，hti(i＝1，2，…，N)表示第i个中继节点到接收端的信道系数，nr＝(nr1，…，nrN)T，nri(i＝1，2，…，N)为发射端到第i个中继节点的信道噪声，nt为中继节点到接收端的信道噪声，F＝diag(f1，…，fN)为波束形成矩阵，fi(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＝nR+jnI其中，为噪声的实部，为噪声的虚部，a1R，…，aNR，‑a1I，…，‑aNI和a1R，…，aNR，a1I，…，aNI分别为接收端的噪声n实部和虚部的加权系数；nri(i＝1，2，…，N)为发射端到第i个中继节点的信道噪声，nt为中继节点到接收端的信道噪声，nriR和nriI分别为nri的实部和虚部，ntR和ntI分别为nt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：fnR(x)=12Σl=12N+1Al4N-1Πj=1,j≠l2N+1(Al2-Aj2)exp(-|x|Al)]]>fnI(x)=12Σl=12N+1Al4N-1Πj=1,j≠l2N+1(Al2-Aj2)exp(-|x|Al)]]>其中，aiR和aiI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Al的4N‑1次方，表示Al的平方，表示Aj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：n≈s-htTFhrs=s-Σi=1Nhtifihrs=(sR+jsI)-Σi=1N(ciR+jciI)(sR+jsI)=sR-Σi=1N(ciRsR-ciIsI)+j(sI-Σi=1N(ciRsI+ciIsR)]]>其中，sR和sI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ciR＝(htiRfiR‑htiIfiI)hriR‑(htiRfiI+htiIfiR)hriI，ciI＝(htiRfiR‑htiIfiI)hriI+(htiRfiI+htiIfiR)hriR，i＝1，…，N，表示为N个线中继节点到接收端的信道系数矢量，hti(i＝1，2，…，N)表示第i个中继节点到接收端的信道系数，htiR和htiI分别为hti的实部和虚部，fi(i＝1，2，…，N)为第i个中继节点放大系数，fiR和fiI分别为fi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：LnR(F)=fnR(x|F)=12Σl=12N+1Al4N-1Πj=1,j≠l2N+1(Al2-Aj2)exp(-|sR-Σi=1N(ciRsR-ciIsI)|Al)]]>LnI(F)=fnI(x|F)=12Σl=12N+1Al4N-1Πj=1,j≠12N+1(Al2-Aj2)exp(-|sI-Σi=1N(ciRsI+ciIsR)|Al);]]>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：E[LnR(F)]=E[LnI(F)]=12Σl=12N+1Al4N-1Πj=1,j≠l2N+1(Al2-Aj2)exp(-σAl2/π((1-Σi=1NciR)2+(Σi=1NciI)2))]]>其中σ为sR和sI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：E[LnR(F)]=E[LnI(F)]=12Σl=12N+1g(Al)exp(-σ2πh(Al))]]>其中，步骤4‑2：由于和表达式一样，不妨以为例分别对fiR和fiI求偏导，可得：∂E[LnR(F)]∂fiR=∂E[LnI(F)]∂fiR=12Σl=12N+1[∂g(Al)∂fiRexp(-σ2πh(Al))-g(Al)exp(-σ2πh(Al))σ2π∂h(Al)∂fiR]∂E[LnR(F)]∂fiI=∂E[LnI(F)]∂fiI=12Σl=12N+1[∂g(Al)∂fiIexp(-σ2πh(Al))-g(Al)exp(-σ2πh(Al))σ2π∂h(Al)∂fiI]]]>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：s^=αt=αhtTFhrs+αhtTFnr+αnt.]]>