[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

摘要

本发明公开了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。其中多天线的次用户发送端通过功率分配方案从主用户的信号中采集能量，用来转发主用户的信号并发送自己的信号。我们的目标是设计适当的次用户发送端的波束成形矩阵和向量以及功率分配因子使得次用户处的可达速率最大。这里我们考虑次用户发送端已知所有链路的理想信道状态信息，由此提出了一个基于Charnes‑Cooper转换和一维搜索的优化方案。通过引入半正定松弛方法将原优化问题转变为凸半正定优化问题，再利用内点法求解得到最优波束成形矩阵和向量。本发明通过信息与能量的协作，一定程度上缓解了频谱和能量不足的问题，从而提高系统性能。

主权项

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。