[发明专利]一种基于认知双向中继网络的信息能量协作波束成形方法

权利要求书

1.在认知双向中继网络中，我们考虑一个主系统与一个次系统的信息能量协作，主系统由两个单天线的主用户1、主用户2组成，它们彼此之间交换信息；次系统由一个多天线的次用户发送端和一个单天线的次用户接收端组成，次用户发送端配备有N根天线，帮助主用户间进行双向通信；其特征包括以下步骤：

步骤一：第一时隙中，主用户1和主用户2同时发射信号给次用户发送端，次用户发送端用功率分配器来分配它所接收到的信号，用于信息处理(IP)和能量采集(EH)；

步骤二：第二时隙中，次用户发送端将一波束成形矩阵与接收到的信号相乘，它们的积与原本要传递给次用户接收端的信号之和即为从次用户发送端传递给主用户和次用户接收端的信号；

步骤三：在满足次用户发送端发射功率约束的前提下最大化次用户处的可达速率，同时还要满足在两个主用户处的可达速率约束，从而在理想信道状态信息下进行次用户发送端的波束成形和功率分配因子设计；

步骤四：基于Charnes-Cooper转换和一维搜索，将步骤三得到的非凸优化问题通过引入半正定松弛方法将其转变为凸半正定优化问题，再利用内点法求解从而得到最优波束成形矩阵和向量。

2.根据权利要求书1中所述的一种基于认知双向中继网络的信息能量协作波束成形方法，其特征在于：在所述的步骤一中，该次用户发送端在第一时隙中接收到来自于主用户1和主用户2发射的信号，随后次用户发送端应用功率分配方案采集能量，用于信号的转发和传递；在功率分配方案中，次用户发送端用功率分配器来分配它所接收到的信号，用于信息处理(IP)和能量采集(EH)；其实现过程为：

在第一时隙中，主用户1和主用户2同时发射它们的信号，分别为s₁和s₂，在次用户发送端接收到的信号为：

y_r＝h₁s₁+h₂5₂+n_r

其中，表示从主用户i到次用户发送端的信道响应，表示次用户发送端处的加性高斯噪声向量，这里我们假设从主用户i到次用户发送端的信道响应h_i在两个时隙中是恒定不变的；

用ρ∈(0，1]表示信号功率分配给IP的部分，因此在次用户发送端分配给IP和EH的信号分别为：

yrIP=ρyr+nIP,]]>

yrEH=1-ρyr]]>

其中表示由IP过程引起的加性高斯噪声向量。