一種基于swipt下支持多用戶對高速通信的波束形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線中繼網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，涉及一種基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的 波束形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中繼協(xié)作通信技術(shù)在提高邊緣小區(qū)的頻譜效率的同時(shí)，還可以增大小區(qū)的覆蓋范 圍和實(shí)現(xiàn)盲區(qū)覆蓋，已成為目前研究熱點(diǎn)之一。相關(guān)研究主要集中在單向的中繼系統(tǒng)。然 而，單向中繼系統(tǒng)會導(dǎo)致頻譜效率的降低。針對這一問題，研究的焦點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向雙向中繼。 隨之而來，在雙向中繼系統(tǒng)中，在追求傳輸速率的最大化的冋時(shí)，往往受到中繼系統(tǒng)中功率 的限制。
[0003] 以往是以單向的中繼系統(tǒng)作為研究目標(biāo)，或者雙向中繼系統(tǒng)中，當(dāng)前的研究僅限 于一對信號源到目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的最大速率求解問題的解決，結(jié)果表明在沒有能量收集且信 噪比較大的情況下，是可以逼近最優(yōu)值的，但中繼系統(tǒng)中多天線并沒有被充分利用，從而不 能準(zhǔn)確的形成多用戶對高速通信的波束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種基于SWIPT下支持多用 戶對高速通信的波束形成方法，該方法可以通過獲取最大化傳輸速率來形成基于SWIPT下 支持多用戶對高速通信的波束。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束形成 方法包括以下步驟：
[0006] 1)開拓新的多天線中繼，根據(jù)所述新的多天線中繼構(gòu)建新的波束成形方案，然后 根據(jù)構(gòu)建的新的波束成型方案得最大速率求解的數(shù)學(xué)模型，所述最大速率的數(shù)學(xué)模型為非 凸問題；
[0007] 2)通過引入泰勒級數(shù)將步驟1)得到的最大速率求解的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為凸問題， 再設(shè)置初始值，并在初始值的基礎(chǔ)上通過迭代的方法得最大化傳輸速率，然后根據(jù)所述最 大化傳輸速率形成基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束。
[0008] 步驟1)中的最大速率求解的數(shù)學(xué)模型為：
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束形成方法，其特征在于，包括以下 步驟： 1) 開拓新的多天線中繼，根據(jù)所述新的多天線中繼構(gòu)建新的波束成形方案，然后根據(jù) 構(gòu)建的新的波束成型方案得最大速率求解的數(shù)學(xué)模型，所述最大速率的數(shù)學(xué)模型為非凸問 題； 2) 通過引入泰勒級數(shù)將步驟1)得到的最大速率求解的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為凸問題，再設(shè) 置初始值，并在初始值的基礎(chǔ)上通過迭代的方法得最大化傳輸速率，然后根據(jù)所述最大化 傳輸速率形成基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束形成方法，其特 征在于，步驟1)中的最大速率求解的數(shù)學(xué)模型為：
其中，Pth最小的收獲功率，P 大傳輸功率，W為中繼處線性波束形成系數(shù)，R Σ為總傳 輸速率，
，Yk為目的節(jié)點(diǎn)處的信干比，E[|x k|2] =PS，K為中繼網(wǎng)絡(luò)中單 天線源節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，xK為第k個(gè)源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號，E為中繼節(jié)點(diǎn)接收到節(jié)點(diǎn)處的能量， Sk為第k個(gè)源節(jié)點(diǎn)，Phi為節(jié)點(diǎn)處收獲的能量，H,:= [hrt，. . .，hA，. . .，hj，hA為從第 k個(gè)源節(jié)點(diǎn)Sk到中繼節(jié)點(diǎn)的衰落系數(shù)，σ,2為第k對用戶中發(fā)送端到中繼的噪聲功率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束形成方法，其特 征在于，步驟2)的具體過程為： 式⑴轉(zhuǎn)化為：
9
為第k對用戶中中繼到接收端的噪 聲功率，為從S k到中繼的衰落系數(shù)，h k為從中繼到D k信道的衰落系數(shù)，h rl為Hr中第1 個(gè)列向量，I為單位矩陣； 引入X= \\\\，則式⑵轉(zhuǎn)換為
其中，X= WWt，W = vec (W) Gtt ，Tr 為矩陣求跡運(yùn)算； 然后去掉式（3)中的限制條件rank(X) = 1，并引入泰勒展開級數(shù)，得
其中，
，^〇>是迭代的初值，β k為迭代的變量，戌〃為第a-ι)次 迭代的優(yōu)化解，i = (1，2,...），求解式（4)，得最大傳輸速率，然后根據(jù)最大傳輸速率形成 基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束形成方法，包括以下步驟：1)開拓新的多天線中繼，根據(jù)所述新的多天線中繼構(gòu)建新的波束成形方案，然后根據(jù)構(gòu)建的新的波束成型方案得最大速率求解的數(shù)學(xué)模型，所述最大速率的數(shù)學(xué)模型為非凸的；2)通過引入泰勒級數(shù)將步驟1)得到的最大速率求解的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為凸問題，再設(shè)置初始值，并在初始值的基礎(chǔ)上通過迭代的方法得最大化傳輸速率，然后根據(jù)所述最大化傳輸速率形成基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束。本發(fā)明可以通過獲取最大化傳輸速率來形成基于SWIPT下支持多用戶對高速通信的波束。
【IPC分類】H04B7-06, H04B7-15
【公開號】CN104539334
【申請?zhí)枴緾N201410804039
【發(fā)明人】李國兵, 嚴(yán)飛, 呂剛明, 張國梅
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月19日