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专利号: 2020115264991
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.多用户多天线SWIPT中改进的MAX‑SINR干扰对齐方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、多用户多天线SWIPT系统的场景假设与建模;

步骤2、最小化干扰泄漏功率;

步骤3、最大化系统的频谱效率;

步骤1所述的多用户多天线SWIPT系统的场景假设与建模,具体如下:在多用户多天线的干扰对称网络中,首先对系统的信息速率进行建模;假设在传输过程中系统中的干扰是不变的;则在第k个接收端接收到的信号为:其中, 为第j个发送端到第k个接收端的信道系数, 为第k个发送端2

到第k个接收端的信道系数,均服从均值为0、方差为σ的高斯白噪声,M和N分别表示发送端和接收端的天线数目;xk为发送的信息流,zk为发送的信息过程中引入的噪声,Vj为第j个发送端的预编码矩阵,Uk为第k个接收端的干扰抑制矩阵:满足 每一个SWIPT用户将接收到的信号分为两个部分:一部分用于信息解码,另一部分用于能量收集;

第k个接收端用于能量收集的信号为:第k个接收端收集到的能量为:第k个接收端接收到的信息为:其中,Pk为第k个发送端的信噪比,ρk为第k个接收端的功率分割因子,nk为第k个接收端2

信息处理引入的噪声,它服从均值为0、方差为σ的高斯白噪声;η为能量接收端的能量转化效率;

步骤2所述的最小化干扰泄漏功率具体定义如下:根据多用户MIMO信道的互易性,通过迭代更新发送端的预编码矩阵Vj和接收端的干扰抑制矩阵Uk;其中完美的干扰对齐满足条件为:其中 是自动满足的;

为了进行干扰对齐,天线数目应满足:N+M‑d(K+1)≥0  (7)其中N表示接收天线数目,M为发射天线数目,d代表信息条数,K表示用户数;

用户k接收到的干扰泄漏功率表示为:Q[k]为用户k的干扰协方差矩阵:其中,P[j]为第j个发送端的发送端信噪比,d[j]为第j个接收端收到的信息数目;

步骤2所述的最小化干扰泄漏功率具体实现如下:H

2‑1.初始化:以任意的预编码矩阵Vj开始:Vj:VjVj=Id;

2‑2.开始循环;

2‑3.根据公式(9)在接收端计算干扰协方差矩阵Q[k];

2‑4.在接收端计算相应的干扰抑制矩阵Uk:通过对Q[k]进行SVD分解,取出对应的最小的d个特征值对应的特征向量组成Uk;

2‑5.利用信道互易性,将发送端改为接收端,接收端变成发送端;

2‑6.在互易后的接收端计算新干扰协方差矩阵其中,带箭头参数表示在互易信道中各个参数的表示方法;

2‑7在互易后的发送端计算相应的新预编码矩阵,通过对新干扰协方差矩阵 进行SVD分解,取出对应的最小的d个特征值对应的特征向量组成新预编码矩阵Vk;

2‑8根据新预编码矩阵Vk和新干扰协方差矩阵 通过公式(8)计算干扰泄漏功率L[k];

2‑9判断干扰泄漏功率L[k]是否满足收敛条件L[k]≤Lmin,Lmin为设定的最小干扰泄漏功率,若满足则循环结束,否则跳转到步骤2‑3;

步骤3所述的最大化系统的频谱效率定义如下:最大化系统的频谱效率优化问题数学模型为:其中Rsum表示系统的总信息速率,Tr[]表示迹运算,Lmin表示系统所要求的最小干扰泄漏功率;

初始的频谱效率优化问题(10)分解为K个子问题,并且由于信息速率R与信干噪比SINR的单调关系,子问题等价为:

由于子问题中优化变量过多,为了简便运算,首先固定功率分割因子ρk,通过最小化干扰泄漏功率的方法迭代优化发送端的预编码矩阵Vj和接收端的干扰抑制矩阵Uk;然后为了最大化接收端的信干噪比,重新设计接收端的干扰抑制矩阵Umk,优化问题转化为:上述优化问题(12)由于在分子和分母中均含有优化变量,因此难以解决;通过最小化干扰泄漏准则可知 为了解决上述优化问题,令通过将优化问题进行放缩,得到如下优化问题:为了将优化问题转化为凸问题,令:H H

Wk=HkkVkVkHkk  (14)此时优化问题转化为:

则该问题转化为标准半正定规划问题,可用凸优化方法(CVX)求解;然后,通过特征值分解得到重新设计的干扰抑制矩阵Umk;根据能量收集需求求出相应的功率分割因子ρk,则满足SWIPT节点能量收集需求。

2.如权利要求1所述的多用户多天线SWIPT中改进的MAX‑SINR干扰对齐方法,其特征在于步骤3所述的优化问题的求解过程具体如下:

3‑1固定功率分割因子ρk,根据最小化干扰泄漏准则得到最后一次的干扰泄漏功率L[k],根据公式(10),将干扰泄漏功率L[k]转变为

3‑2当满足公式(16)中的 时,执行以下循环:①通过式(16)优化得到重新设计的干扰抑制矩阵Umk;

②令Uk=Umk,代入最小化干扰泄漏准则中的步骤2‑6和步骤2‑7,求出预编码矩阵Vk;

③更新预编码矩阵Vk,求出新的Tr[Q[k]Zk];

④重复①‑③,直至收敛;

3‑3循环结束,将求解的重新设计的干扰抑制矩阵Umk,预编码矩阵Vk代入式(10),求出相应的信干噪比。