一种基于凸优化的上行协作中继波束成形方法

摘要

针对基站装置有多天线的多源多中继的协作通信系统，本发明提出了一种中继节点波束成形权向量与基站端线性均衡向量联合优化的技术方案，以求在基站处接收信噪比不小于一定门限值的前提下，使中继节点处功率消耗最小化。该优化问题中包含两个待优化的向量。本发明首先将最优化的线性均衡向量用中继节点波束成形向量表示，进而两个向量的联合优化问题转化为仅包含中继节点波束成形权向量的优化问题，运用凸优化首先求得最优化的波束成形权向量，进而根据两个向量之间的关系，求得最优化的基站处线性均衡向量，实现中继节点功率最小化。

主权项

1.一种基于凸优化的上行协作中继网络波束成形方法，该方法基于一个多源多中继并且基站端装置多天线的协作通信系统，该系统由多个装置单天线的源节点、多个装置单天线的中继节点、一个装置多天线的基站组成，由于信道衰落的影响，源节点与多天线基站之间无法建立直接的通信链路，源节点需要通过中继节点网络来建立与基站之间的通信；在通信过程中，多个用户即源节点同时向中继节点广播信号，这些信号在第一跳信道混叠上噪声之后，广播到中继节点群，中继节点对接收到的信号用波束成形权向量进行加权，然后通过放大转发的方式向多天线基站广播信号并在第二跳信道混叠上噪声，多天线基站接收到信号后，用线性均衡权向量进行加权；在多天线基站端接收信噪比不小于给定值的前提下，使中继节点总的功率消耗最小化，具体实施中，将基站处最优化的线性均衡向量用波束成形权向量闭式表示，从而将涉及上述两个向量的多向量最优化问题转化为仅有波束成形权向量的最优化问题，求得最优化的波束成形权向量之后再求得相对应的最优化的线性均衡向量，具体步骤如下：步骤一、设定多天线基站端接收信噪比的门限值γ_k＞0(k＝1,2,...,K)，使接收信噪比不小于该门限值；步骤二、通过信道估计，得到信道参数f_k＝[f_1,k,f_2,k,...,f_M,k](k＝1,2,...,K)、H，判断步骤一选择的门限值是否满足其中p_k是第k个源节点的发送功率，I表示单位矩阵，所有的噪声都是高斯白噪声，在中继节点处噪声功率为若不满足则回到步骤一选取更小的门限值，若满足则进入步骤三；步骤三、运用凸优化工具，求得最优化的w的值，其中，在基站处噪声功率为(k＝1,2,...,K)，D为对角阵，其中第m行m列的元素为${\left[D\right]}_{m,m}=p_k\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{\left|f_{m,k}\right|}^2+{\sigma }_r^2,$|f_m,k|表示对f_m,k求模；步骤四、根据步骤三计算的w值，计算$g_k={({\mathrm{HW}}^H{Q}_k{\mathrm{WH}}^H+{\sigma }_d^{2}I)}^{-1}{\mathrm{HW}}^H{f}_k,\forall k;$步骤五、输出w和g，并用其分别设定中继节点和基站处线性均衡器，可实现该系统的中继节点功率消耗全局最小化。