一种多跳多中继协作网络的波束成形方法

摘要

针对三跳中继协作通信模型，本发明提出了一种波束成形方法，力求在中继节点总功率不超过一定阈值的情况下使目的节点的接受信噪比最大。三跳中继协作通信中存在两个中继节点群，每个群组都对应着各自的波束成形权向量。本发明通过交替固定两个中继节点群权向量，运用半正定松弛将上述问题转化成凸优化问题，然后运用内点法等方法，经过若干次迭代，最终实现了两个权向量的联合优化。

主权项

一种多跳多中继协作网络的波束成形方法，该方法基于三跳多中继协作通信系统，该系统由一个源节点、一个目标节点和两组中继节点群组成，且网络中的所有节点均只装配有单天线，受信道衰落的影响，源节点与目标节点之间、源节点与第二组中继节点群之间、第一组中继节点群与目标节点之间均无法建立直接的通信链路，源节点需要通过所述两个中继节点群来建立与目标节点之间的通信；参与协作通信的中继节点的个数是已知的，整个网络模型的信道参数可以通过信道估计来获得；在通信过程中，源节点发送信号，经过第一跳的信道，混叠上噪声之后，广播到第一组中继节点；第一组中继节点对接收到的信号用波束成形权向量w进行加权，然后用放大转发的方式经过第二跳信道向第二组中继节点广播，第二组中继节点接收到信号后，用另一个波束成形权向量v进行加权，以放大转发的方式向目的节点发送信号，该信号通过第三跳的信道混叠上噪声之后，最终被目的节点接收；在每组中继节点功耗限制的前提下，对两组中继节点波束成形权向量进行联合优化，提高目的节点的接收信噪比，上述最优化的步骤如下：步骤一、利用信道估计，得到第一、二、三跳的信道参数，设定第一组和第二组中继节点各自的功率约束；步骤二、初始化第一组中继节点的波束成形权向量w，使其满足第一组中继节点的功率约束；步骤三、固定w，原问题转化为仅包含一个变量v的优化问题，利用广义瑞利商，求得对应该w的第二组中继节点波束成形权向量v；步骤四、固定上述v的值，原问题转化为仅包含一个变量w的优化问题，通过对秩约束进行松弛，进而转化为半正定规划问题，通过内点法计算该v所对应的w的值；步骤五、判断w是否满足迭代条件，若满足则重复步骤三、四的过程，若不满足则进行步骤六；步骤六、输出最终所得的w和v，即为所求的两个波束成形权向量。