多用户信能同传系统低复杂度收发机设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种多用户信能同传系统低复杂度收发机设计方法，包括以下步骤：基站进行信道估计得到其与各个用户之间的信道向量；定义各个用户的干扰信道矩阵，每个干扰信道矩阵由除了对应用户以外的所有信道向量构成，对每个干扰信道矩阵进行奇异值分解得到零空间正交基矩阵，求出每个用户的迫零预编码和最大合并传输预编码，将传输预编码固定为这两种预编码加权组合；利用半正定松弛技术求解基于传输功率最小化的传输端预编码权重和接收端功率分裂因子的联合设计问题得到预编码权重向量和接收端功率分裂因子；最后基站端对发射信号进行预编码同时通过控制信道将功率分裂因子发送到相应的用户。本发明在降低传输功率的同时减少计算复杂度。
【专利说明】多用户信能同传系统低复杂度收发机设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信传输技术，具体为多用户MIS0(Multiple Input Single Output)无线信能同传系统下行链路具有低复杂度的传输预编码和接收功率分裂因子的联 合设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着环境与能源问题的日趋严重，绿色通信技术已成为当今通信界的重要课题。 无线电波作为一种潜在的绿色能源，不仅可以传输信息，还能够传输能量，其双重角色正渐 渐进入人们的视线，同时，这种同时传输信息与能量的通信系统，不仅降低了通信耗能，而 且对新能源进行有效利用，这无疑将是通信界以后重点研究目标。因此，由于其潜在的应用 价值，我们有必要对这种无线信能同传系统进行研究。
[0003] 当前针对无线信能同传系统的研究大多侧重于考虑地理位置上分离的信息接收 机和能量接收机或者假定接收机在某一时刻只能接收能量或者信息，并从信息论的角度 研究了信能同传系统的理论性能极限及传输策略。考虑到硬件电路实现的局限性，实际中 很难利用同一接收信号来进行既进行信息解码又进行能量采集（或者说采集无线能量的 电路无法同时直接用来解码信息）。因此，文献[X. Zhou, R. Zhang, and C. Ho, "Wireless information and power transfer:architecture design and rate-energy tradeoff，''IEEE Trans. Commun.，vol. 61，no. 11，pp. 4754-4767, Nov. 2013.]设计了更实际 的且高效的信息与能量接收机结构（包括共址分离式和共址集成式），提出了基于功率分 裂（Power Spliting，PS)的接收机工作模式。经过对现有技术检索发现，文献[Q.Shi，W. Xu, L. Liu and R. Zhang. "Joint transmit beamforming and receive power splitting for MIS0 SWIPT systems,''submitted to IEEE Trans. Wireless Commun. ,2013]针对具 有功率分裂型接收机的多用户MIS0信能同传系统下行链路，基于半正定松弛技术提出了 最优的预编码和功率分裂因子设计方法。然而，最优的联合设计方法尽管能获得最小的传 输功率，但是复杂度极高。为此，该文献还提出了低复杂度的联合设计方法，包括基于迫零 预编码的联合设计方法和基于SINR最佳预编码的联合设计方法。但是，这两种方法在中低 信噪比情况下的性能还远远差于最优性能。本发明针对多用户MIS0信能同传系统下行链 路提供一种接近最优性能的且低复杂度的传输预编码和接收功率分裂因子联合设计方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现在的研究热点--无线信能同传系统中的技术不足， 提出一种多用户无线信能同传系统下行链路具有低复杂度的传输预编码和接收功率分裂 因子的联合设计方法。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种多用户信能同传系统低复杂度 收发机设计方法，包括以下步骤：
[0006] 第一步：基站进行信道估计得到hk，k = 1，2,…K，其中hk为基站到用户k的信道 向量，K为用户数；
[0007] 第二步：定义干扰信道矩阵
【权利要求】
1. 一种多用户信能同传系统低复杂度收发机设计方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步：基站进行信道估计得到hk，k= 1，2,…K，其中hk为基站到用户k的信道向量， K为用户数； 第二步：定义干扰信道矩阵_^111..,||"11^...1^'1^=1，2，一1(，对每个|^进 行奇异值分解得到它的零空间的正交基矩阵Uk，计算迫零预编码vf=Ui最大合 并比传输预编码Vi胃=Iif,并定义Vj卜fvfη?k =丨，2,…K，将传输预编码向量Vk固 定为迫零预编Hvf和最大合并比传输预编码vfs/的组合，即Vk =VkXk,k=1，2,…K 其中：xk为预编码权重向量，它的第一维和第二维分别为迫零预编码和最大合并比传 输预编码所对应的权重； 第三步：利用半正定松弛技术求解基于基站端传输功率最小化的传输端预编码权重和 接收端功率分裂因子的联合设计问题，得到最优的预编码权重向量Xk和功率分裂因子Pk， 再计算传输预编码向量Vk =VkXk,k= 1，2,…K; 第四步：基站利用Vk对传输信号进行预编码，同时通过控制信道将每个功率分裂因子 发送到相应的接收机，从而每个接收机设定功率分裂因子，实现信息与能量的同时接收。
【文档编号】H04L1/00GK104320219SQ201410603345
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】史清江, 彭成, 徐伟强, 胡冰心 申请人:浙江理工大学