[发明专利]基于MAX-SINR干扰对齐的认知MIMO SWIPT网络频谱效率优化方法

说明书

本发明公开了一种基于MAX‑SINR干扰对齐的认知MIMOSWIPT网络频谱效率优化方法。本发明步骤如下：步骤1、认知MIMOSWIPT网络场景假设与建模；步骤2、基于MAX‑SINR干扰对齐的主用户最优发送功率求解；步骤3、认知SWIPT网络最佳接收/转发中继选择；步骤4、认知MIMO SWIPT网络频谱效率优化。本发明通过对主网络发送功率进行优化，应用最大化信干噪比的干扰对齐方法，可以实现认知网络性能的提升。本发明方法可以最大化认知网络的频谱效率。同时，相比于不应用干扰对齐算法和应用最小化干扰泄漏的干扰对齐方法，本发明方法的认知接收端可达频谱效率有明显提高，在主用户发送干扰功率方面MAX‑SINR方法有大幅度下降。

技术领域

本发明属于信息与通信工程技术领域，提出了在认知MIMO无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and PowerTransfer，SWIPT)网络中通过最大化信干噪比(Maximize Signal to Interference and Noise Ratio,MAX-SINR)干扰对齐(Interference Alignment,IA)方法进行干扰消除、中继选择与能量收集，在保证认知网络对主用户网络干扰功率最小化的基础上实现最大化认知网络频谱效率。

背景技术

认知无线电的出现为无线频谱资源稀缺与频谱利用率低的矛盾提供了解决方案。无线携能通信(SWIPT)技术则为能量受限的通信设备提供了能量收集方法，且能进一步地实现信息与能量传输，极大地延长能量受限网络的寿命。同时，由于在实际的传输过程中，信号在无线信道传输过程中将出现较大的衰减，为了解决这样的问题，SWIPT中继技术应运而生。通过在中继端配备SWIPT收发信机，中继在转发发送端信息的同时进行能量收集，然后用于第二阶段的信息传输。

对于认知中继网络，认知中继用户处理接收到的主用户发送信号和认知用户发送信号，并通过使用主用户授权频谱为主用户接收机与认知用户接收机转发信号。为了保证认知用户使用主用户网络的授权频谱资源，需要对认知用户的发送功率进行控制，尽可能降低认知用户的发送功率，保证认知用户动态接入到主用户频谱，即认知用户与主用户使用相同的频谱资源，实现频谱共享。

由于主用户网络和认知用户网络使用相同的授权频谱，对于不同的接收用户，除了发送信号，其余均为干扰信息，因此在信息传输的过程中，干扰消除成为限制认知MIMOSWIPT网络频谱效率提升的主要问题。干扰作为一种射频信号，可以同时提供信息和能量。通过采用MAX-SINR干扰对齐方法，在基于SWIPT的认知MIMO中继网络中，将层间干扰作为能量收集起来，可以供给SWIPT中继进行信息转发。

将认知MIMO技术与SWIPT中继技术相结合，同时应用干扰对齐技术，将对齐的干扰作为能量收集起来，可以供给能量受限的SWIPT中继节点进行信息传输，从而实现绿色通信。

发明内容

本发明以认知MIMO SWIPT网络中存在多个配备功率分割接收机的认知SWIPT中继节点为场景，以最大化认知网络的频谱效率(单位频带信息速率)和最小化主网络的发送功率为优化目标，提出了认知MIMO SWIPT网络中基于频谱效率最大化和主网络干扰功率最小化的资源优化方法，给出了该方法的具体流程。该方法涉及设计认知发送端预编码矩阵、认知接收端干扰抑制矩阵、认知SWIPT中继选择、主用户发送功率、认知SWIPT最佳功率分割因子的联合优化。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1、认知MIMO SWIPT网络场景假设与建模