[发明专利]一种基于认知混合双向中继的波束成形方法

说明书

本发明公开了一种基于认知混合双向中继的波束成形方法，包括：一、中继节点在第一时隙接收来自认知用户Su1和主用户的信号，并根据接收信号的信噪比选择工作在放大转发与解码转发模式；二、中继节点在第二时隙接收来自认知用户Su2和主用户的信号，并根据接收信号信噪比选择工作在放大转发或解码转发模式；三、在第三时隙中，中继端将前两个时隙得到的信号叠加，在满足认知用户信噪比要求以及中继端总发送功率约束条件下以最小化主用户接收端的干扰为目标进行波束成形设计；四、步骤三得到的是非凸优化问题，引入半正定松弛方法将原优化问题转化为准凸优化问题，利用内点法求解得到最优波束成形向量。本发明降低了系统间的干扰，可以提高系统性能。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于认知混合双向中继的波束成形方法。

背景技术

认知无线电是近年来提高无线频谱资源利用率的有效技术，在认知无线电网络中，认知用户和主用户同时存在，这两类用户分别属于不同的通信系统，认知用户在不影响主用户正常通信的情况下，与主用户共享频谱资源。由于对主用户的干扰功率限制，认知用户的发送功率受限，从而降低了次用户服务质量以及认知网络的覆盖范围。为了进一步提高频谱利用率，改善认知用户的服务质量，以及扩大通信范围，中继技术得到应用，正是因为可以扩大小区覆盖范围，填补小区的覆盖盲区，提高通信质量等这些优点，使得中继技术成为了一项关键技术。

目前，根据中继转发方式的不同发展成几种不同的中继网络。在认知中继系统中主要的中继转发方式有AF与DF方式。其中AF方式是最简单的，中继对收到的信号进行线性处理后直接转发出去；DF 方式中，中继首先对收到的信号进行解调和解码，然后再经过编码和调制转发给目的端；在认知双向中继系统的研究中，S.H.Safavi等人针对认知双向中继网络，在中继端设计波束成形，在满足两个次用户信噪比门限的约束条件下，降低对主用户的干扰。Safavi等人对上述研究做了进一步的扩展，考虑了主用户与中继端的上行信道与下行信道估计存在误差，且信道状态信息二阶统计量满足一定条件的情况下，在中继端设计最优波束成形因子降低对主用户的干扰。Shuai Ma 等人针对认知双向中继网络在中继端设计鲁棒波束成形，该方法以次用户信干噪比门限以及对主用户干扰功率受限为约束条件，实现中继端总的发送功率的最小化。上述研究中的双向中继均工作在AF模式下，AliAfana等人研究了认知双向中继网络中中继节点工作在DF模式的下时在中继端设计波束成形，当中继节点接收信息的信干噪比满足一定条件时，该中继节点将解码后的信息进行波束成形后再广播给认知用户。总的来说，AF转发方式处理简单，也正是由于这种简单实效性获得了最广泛的研究，但是同时也会放大噪声，DF转发方式可以过滤掉噪声并能够获得满分集增益，但是处理复杂，在认知双向中继系统中应用更加合理的中继转发方案具有很大的研究空间，比如考虑混合中继转发方案等(AF+DF模式)。

发明内容

技术问题：本发明公开了一种基于认知混合双向中继的波束成形方法，在中继端应用了更加合理的中继转发方案，即AF+DF模式，有效改善了认知双向中继系统中采用单一AF转发方式在对信号放大的同时也会放大噪声的问题。

技术方案：为实现上述目标，本发明的主要步骤如下：

一种基于认知混合双向中继的波束成形方法，所述的认知混合双向中继系统包括认知用户Su1和Su2，一个主用户对及K个中继节点。其特征在于包括以下步骤：

步骤一：中继端在第一时隙接收来自认知用户Su1和主用户的信号，其中，接收到的认知用户的信号为有用信号，接收到的用户的信号为干扰信号，每个中继节点根据接收信号的信干噪比选择工作在AF 或DF模式。

步骤二：中继端在第二时隙接收来自认知用户Su2和主用户的信号，每个中继节点根据接收信号的信干噪比选择工作在AF或DF模式。

步骤三：在第三时隙中，中继端每个中继节点将前两个时隙的得到的信号进行叠加，在满足认知用户信噪比要求以及中继端总发送功率约束条件下以最小化主用户接收端的干扰为目标进行波束成形设计。