[发明专利]多输入多输出中继天线设计方法

摘要

多输入多输出中继天线设计方法。本发明涉及一种考虑硬件不完美和功率约束的信号噪声失真比SNDR优化的中继天线设计方法，包括中继天线总功率约束和单个天线功率约束两种场景。信息从源节点发出经信道传输到中继节点，中继节点再通过天线扩大转发经信道传输到目的节点，其中信息在源节点和中继节点发出时会受到硬件不完美因素影响而导致相应的损伤失真。在总功率约束场景下，基于矩阵向量化将多输入多输出MIMO中继系统信号噪声失真比SNDR优化问题等价转化成一般的瑞利熵形式，并求出SNDR最大时的天线矩阵向量型闭式解；在单个天线功率约束场景下，基于秩分解和随机化给出了一种以SNDR为目标函数的优化问题数值求解算法，一定程度上实现网络系统性能的提升。

主权项

1.一种多输入多输出中继天线设计方法，包括中继天线总功率约束和单个天线功率约束两种场景；在总功率约束场景下，基于矩阵向量化将SNDR优化问题等价转化成一般的瑞利熵形式，并求出SNDR最大条件下的天线矩阵向量型闭式解；在单个天线功率约束场景下，基于秩分解和随机化方法给出了一种以SNDR为目标函数的优化问题数值求解算法。

2.根据权利要求1所述的多输入多输出中继天线设计方法，其特征在于，所述中继天线总功率约束场景信号发送过程中，建立基于SNDR最大化的优化模型并求解中继天线矩阵的方法，包括以下步骤：

1)中继天线总功率约束条件下建立目标优化模型，满足以下公式：

式中，h₁和h₂分别是系统源节点到中继节点、中继节点到目的节点的N×1维信道向量，W是中继天线波束矩阵，κ₁和κ₂分别是源节点和中继节点发射信号时的硬件损伤水平参数，P为源信息的功率，P_r为MIMO中继天线的总功率，N₀是信道白噪声参数，表示复数域，表示信道向量h₂的转置运算，|·|²为数绝对值的平方运算，||·||²为向量或矩阵的范数的平方运算。

2)中继天线总功率约束下通过矩阵向量化和变量代换得到上述优化问题的一般的瑞利熵情形，满足以下公式：

式中，f＝vec(W),(·)*和(·)^H分别表示向量或矩阵的共轭和共轭转置运算，I表示N阶单位矩阵，I₂表示N²阶单位矩阵。具体而言，f为中继天线波束矩阵W的向量化，为信道向量h₁和h₂都求共轭后的张量积运算，为信道向量h₁和单位矩阵I都求共轭后的张量积运算，为单位矩阵I和信道向量h₂都求共轭后的张量积运算。

其最优解为式中代入优化问题中的目标函数即得SNDR最大值，并可以构造得到MIMO中继系统波束矩阵。

3.根据权利要求1所述的多输入多输出中继天线设计方法，其特征在于，所述单个天线功率约束场景信号发送过程中，建立基于SNDR最大化的优化模型并求解中继天线矩阵的方法，包括以下步骤：

1)单个天线功率约束下建立目标优化模型，满足以下公式：

s.t.E|y_di|²≤P_ri,i＝1,2,…,N

式中

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