[发明专利]多用户信能同传系统低复杂度收发机设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信传输技术，具体为多用户MISO(Multiple Input Single Output)无线信能同传系统下行链路具有低复杂度的传输预编码和接收功率分裂因子的联合设计方法。

背景技术

随着环境与能源问题的日趋严重，绿色通信技术已成为当今通信界的重要课题。无线电波作为一种潜在的绿色能源，不仅可以传输信息，还能够传输能量，其双重角色正渐渐进入人们的视线，同时，这种同时传输信息与能量的通信系统，不仅降低了通信耗能，而且对新能源进行有效利用，这无疑将是通信界以后重点研究目标。因此，由于其潜在的应用价值，我们有必要对这种无线信能同传系统进行研究。

当前针对无线信能同传系统的研究大多侧重于考虑地理位置上分离的信息接收机和能量接收机或者假定接收机在某一时刻只能接收能量或者信息，并从信息论的角度研究了信能同传系统的理论性能极限及传输策略。考虑到硬件电路实现的局限性，实际中很难利用同一接收信号来进行既进行信息解码又进行能量采集(或者说采集无线能量的电路无法同时直接用来解码信息)。因此，文献[X.Zhou,R.Zhang,and C.Ho,“Wireless information and power transfer:architecture design and rate-energy tradeoff,”IEEE Trans.Commun.,vol.61,no.11,pp.4754-4767,Nov.2013.]设计了更实际的且高效的信息与能量接收机结构(包括共址分离式和共址集成式)，提出了基于功率分裂(Power Spliting,PS)的接收机工作模式。经过对现有技术检索发现，文献[Q.Shi,W.Xu,L.Liu and R.Zhang.“Joint transmit beamforming and receive power splitting for MISO SWIPT systems,”submitted to IEEE Trans.Wireless Commun.,2013]针对具有功率分裂型接收机的多用户MISO信能同传系统下行链路，基于半正定松弛技术提出了最优的预编码和功率分裂因子设计方法。然而，最优的联合设计方法尽管能获得最小的传输功率，但是复杂度极高。为此，该文献还提出了低复杂度的联合设计方法，包括基于迫零预编码的联合设计方法和基于SINR最佳预编码的联合设计方法。但是，这两种方法在中低信噪比情况下的性能还远远差于最优性能。本发明针对多用户MISO信能同传系统下行链路提供一种接近最优性能的且低复杂度的传输预编码和接收功率分裂因子联合设计方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现在的研究热点-----无线信能同传系统中的技术不足，提出一种多用户无线信能同传系统下行链路具有低复杂度的传输预编码和接收功率分裂因子的联合设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种多用户信能同传系统低复杂度收发机设计方法，包括以下步骤：

第一步：基站进行信道估计得到h_k，k＝1,2,…K，其中h_k为基站到用户k的信道向量，K为用户数；

第二步：定义干扰信道矩阵k＝1,2,…K，对每个进行奇异值分解得到它的零空间的正交基矩阵U_k，计算迫零预编码和最大合并比传输预编码并定义k＝1,2,…K，将传输预编码向量v_k固定为迫零预编码和最大合并比传输预编码的组合，即

v_k＝V_kx_k,k＝1,2,…K

其中：x_k为预编码权重向量，它的第一维和第二维分别为迫零预编码和最大合并比传输预编码所对应的权重，通过优化二维向量x_k确定高维的预编码向量v_k，从而降低计算复杂度；

第三步：利用半正定松弛技术求解基于基站端传输功率最小化的传输端预编码权重和接收端功率分裂因子的联合设计问题，得到最优的预编码权重向量x_k和功率分裂因子ρ_k，再计算传输预编码向量v_k＝V_kx_k,k＝1,2,…K；

第四步：基站利用v_k对传输信号进行预编码，同时通过控制信道将每个功率分裂因子发送到相应的接收机，从而每个接收机设定功率分裂因子，实现信息与能量的同时接收。