[发明专利]双向不可信中继网络中联合波束成形和最优功率分配方法

摘要

本发明提供了一种双向不可信中继网络中联合波束成形和最优功率分配方法，设计源节点和目的节点处的干扰信号预编码矩阵QA和QB，使到达中继节点的协作干扰信号功率最大化；联合优化有用信号预编码矩阵FA和FB以及每个用户发送有用信号和协作干扰信号的功率分配方案，从而进一步提高网络的可达安全速率。本发明将有用信号对齐到等效信号空间并强制干扰信号正交，同时生成每个用户的最优功率分配，最大限度地提高安全速率。

主权项

一种双向不可信中继网络中联合波束成形和最优功率分配方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，在包含用户用户和不可信中继节点的双向AF网络中，用户和分别配置有Nt根天线，有Nr根天线；设置用户用户的功率分配系数的初始值α＝α*＝0.5，β＝β*＝0.5；所述的功率分配系数是指对于两个连续时隙，用户发送有用信号和协作干扰信号的功率分别为αPA和(1‑α)PA，对于用户则分别为βPB和(1‑β)PB；步骤二，通过调整用户用户的干扰信号预编码矩阵QA和QB使其分别与H和G正交，H和分别是从到和从到的多天线信道矩阵，QA＝λAHH，QB＝λBGH，其中使得QA和QB满足功率约束条件；步骤三，优化的有用信号预编码矩阵FA，首先构造矩阵对这两个矩阵进行GSVD联合分解得到ΦB＝UB∑BKH，其中，和是酉矩阵，是ΦB和的公共非奇异矩阵，和是对角矩阵，和分别是ΦB和的奇异值；当且时，1＜ma≤Nt且用(KH)‑1最后LA＝Nt‑ma+1个列向量构造出的有用信号预编码矩阵为其中，是(KH)‑1的第j列，j∈{1，...，Nt}；当时，构造的有用信号预编码矩阵为FA＝(KH)‑1；当时，信道容量为负数，实际传输无意义；步骤四，优化的有用信号预编码矩阵FB，首先构造矩阵对这两个矩阵进行GSVD联合分解得到ΦA＝UA∑AWH，其中和是酉矩阵，是ΦA和的公共矩阵，和是对角矩阵，和分别是ΦA和的奇异值；当且时，1＜mb≤Nt且用(WH)‑1最后的LB＝Nt‑mb+1个列向量构造出的有用信号预编码矩阵为其中，是(WH)‑1的第j列，j∈{1，...，Nt}；当时，构造的有用信号预编码矩阵为FB＝(WH)‑1；当时，信道容量为负数，实际传输无意义；步骤五，优化用户和的功率分配系数α和β，提升系统总安全速率其中，具体实现方法如下：把α＝α*代入根据0≤β≤1约束求解根，令β*等于有效根来更新β；把β＝β*带入根据0≤α≤1约束求解根，令α*等于有效根来更新α；循环迭代5次结束；步骤六，将上一个步骤得到的α和β值代回步骤三，进行下一轮的的有用信号预编码矩阵和功率分配优化，循环10次后结束，得到最优的有用信号预编码矩阵FA和FB以及功率分配系数α和β，此时系统总安全速率达到最大。