一种多中继机会波束成形方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113395099A(43)申请公布日2021.09.14(21)申请号202110567795.4(22)申请日2021.05.24(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人孙文彬周睿哲杨欣王伶韩闯宫延云张兆林粟嘉谢坚陶明亮汪跃先范一飞(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人金凤(51)Int.Cl.H04B7/155(2006.01)H04B7/06(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称一种多中继机会波束成形方法(57)摘要本发明公开了一种多中继机会波束成形方法，将发射端发送的信号通过中继放大并转发至接收端的用户；在传输数据前，系统根据用户反馈的信息选择出最优的中继与最优的用户，随后进行信息的传输；在传输过程中，为了使得系统的可达速率达到最大，系统合理地调度分配给中继的功率和分配给用户的功率。本发明提高了系统的性能饱和点，能更好地避免接收端用户接收不到数据的情况发生，提升系统的通信性能，使得该系统中的可达速率达到最大，实现高速通信。CN113395099ACN113395099A权利要求书1/3页1.一种多中继机会波束成形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设x、x和X分别表示一个变量、一个向量和一个矩阵；x*表示变量x的共轭，xT和XT分别表示向量x和矩阵X的转置，xH和XH分别表示向量x和矩阵X的共轭转置；设发射端随机生成一组随机系数，表示为nt表示第nt根天线，共NT根，nt＝1，2，...，NT；第nt根天线对应第nt个随机系数随机系数和分别表示幅值和相位，j表示虚数的符号；随机系数的向量形式是且满足为了保证功率限制，设步骤2：发射端生成两组导频序列s1、s2；设未与随机系数相乘的导频为原始导频，与随机系数相乘后的导频为导频序列；假设原始导频的符号为xp，直接发送到用户端的原始导频为xp，1，经由中继放大转发给用户的原始导频为xp，2，两个原始导频均是正弦波，且均需要满足信号功率为1，即原始导频xp，1与NT个随机系数相乘产生NT个信号导频序列原始导频xp，2与NT个随机系数相乘产生NT个信号导频序列即导频序列s1的向量形式是导频序列s2的向量形式是步骤3：发射端将生成的两组信号序列s1、s2分别发送给直接信道和中继信道；设从基站直接发射到用户的信道为直接信道，从基站经由中继放大转发到用户的信道为中继信道；信号序列s1由基站直接发送到用户端，信号序列s2经由中继放大转发到用户端，两个过程并行；其中中继与用户端的天线均为频分全双工的单天线，接收与发送同时进行，且接收与发送信号在不同的频段内；基站第nt根天线与第u个用户之间的直接信道的信道参数用符号表示，它的矩阵形式为第nt根天线与第k个中继之间的信道参数用符号表示，它的矩阵形式为第k个中继与第u个用户之间的信道参数用符号vk，u表示；hk、gu和vk，u均在连续时间中保持不变，且三者均由均值为0，单位方差为0的圆对称复高斯随机变量给出，即对直接信道：第u个用户接收到直接来自发射端的信号为：其中zu表示方差为的加性高斯白噪声；对中继信道：第u个用户经由中继放大转发后接收到的信号为：其中P0表示中继到用户的放大功率；2CN113395099A权利要求书2/3页滤除直接信道信号干扰后的信号为：步骤4：用户端将信道状态信息与反馈给基站；设直接信道的信道状态信息为设中继信道的信道状态信息为用户端接收到来自直接信道和中继信道的信号后，将信道状态信息与由天线发送给基站；步骤5：基站选择最优中继与最优用户并分配给直接信道和中继信道相应的功率，具体如下：设基站分配给直接信道的功率为Pb，分配给中继信道的功率为Pk，Pb与Pk应满足以下C1‑C5五个限制条件：C1：Pb+Pk＝PtotalC2：Pb≥0C4：k∈(0，K)C5：u∈(0，U)其中，K为中继的总数，U为用户的总数，为分配给中继信道的功率Pk的最大值；满足以上限制条件，为了使得可达速率R最大，需使D最大，其中为了调整Pb与Pk占总功率的比重η从而使得可达速率R最大，求解以下问题：其中Pk＝ηPtotal，Pb＝(1‑η)Ptotal，参数η属于(0，1)；根据式(2)，能够求出最优的功率分配比ηopt；为了选择最优用户、最优中继以及最优功率分配比，采取了穷举的方法，穷举的过程如下：3CN113395099A权利要求书3/3页从第1个用户、第1个中继的组合开始，穷举到第K个中继、第U个用户，共穷举K×U次，在每次的穷举中都要分别根据公式(1)和(2)计算出相应的用户和中继组合的R与η的值，并保存在基站中；穷举过程结束后，根据穷举的结果得到最大的可达速率R与其对