[发明专利]收发机联合优化方法及装置

权利要求书

1.一种收发机联合优化方法，其特征在于，应用于基于时间切换TS协议的无线供能多输入多输出MIMO中继系统，所述系统包括源节点、中继节点及目的节点，其中所述中继节点由所述源节点发送能量信号进行无线供能以将来自所述源节点的信息信号传输给所述目的节点，所述方法包括：

获取所述源节点与所述中继节点之间的第一信道矩阵、所述中继节点与所述目的节点之间的第二信道矩阵、所述中继节点接收来自所述源节点的能量信号的能量转换率、所述源节点上的标称功率、所述源节点上的第一峰值功率及所述中继节点上的第二峰值功率；

分别对所述第一信道矩阵及所述第二信道矩阵进行奇异值分解，得到所述第一信道矩阵对应的第一对角矩阵，及所述第二信道矩阵对应的第二对角矩阵；

根据所述标称功率、所述第一峰值功率、所述第二峰值功率、所述能量转换率、所述第一对角矩阵及所述第二对角矩阵按照能量约束条件及功率约束条件对所述系统的时间切换因子、所述源节点上用于传输能量信号的第一预编码矩阵、所述源节点上用于传输信息信号的第二预编码矩阵，及所述中继节点上用于传输来自所述源节点的信息信号的第三预编码矩阵进行优化；

其中，所述根据所述标称功率、所述第一峰值功率、所述第二峰值功率、所述能量转换率、所述第一对角矩阵及所述第二对角矩阵按照能量约束条件及功率约束条件对所述系统的时间切换因子、所述源节点上用于传输能量信号的第一预编码矩阵、所述源节点上用于传输信息信号的第二预编码矩阵，及所述中继节点上用于传输来自所述源节点的信息信号的第三预编码矩阵进行优化的步骤包括：

根据所述第一对角矩阵、所述第二对角矩阵、所述标称功率、所述第一峰值功率、所述第二峰值功率及所述能量转换率基于黄金分割搜索法计算求得满足所述功率约束条件的所述系统当前最优的时间切换因子，并相应得到满足所述功率约束条件的所述第一预编码矩阵对应的最优正定标量、所述第二预编码矩阵所对应的最优对角矩阵，及所述第三预编码矩阵所对应的最优对角矩阵；

根据所述第一预编码矩阵当前对应的最优正定标量，及所述第一预编码矩阵与所述第一信道矩阵之间的关联关系，计算得到当前最优的所述第一预编码矩阵；

根据所述第二预编码矩阵当前对应的最优对角矩阵，及所述第二预编码矩阵与所述第一信道矩阵之间的关联关系，计算得到当前最优的所述第二预编码矩阵；

根据所述第三预编码矩阵当前对应的最优对角矩阵，及所述第三预编码矩阵与所述第二信道矩阵之间的关联关系，计算得到当前最优的所述第三预编码矩阵；

在此过程中，所述功率约束条件包括与第一峰值功率对应的第一峰值约束条件，及与第二峰值功率对应的第二峰值约束条件，所述相应得到满足所述功率约束条件的所述第一预编码矩阵对应的最优正定标量、所述第二预编码矩阵所对应的最优对角矩阵，及所述第三预编码矩阵所对应的最优对角矩阵的步骤包括：

在计算所述最优的时间切换因子的过程中，基于所述标称功率、所述第一对角矩阵的对角元素集合、所述第二对角矩阵的对角元素集合、所述能量转换率及每个迭代出现的切换因子，按照二分搜索法计算与所述迭代出现的切换因子对应的满足第一峰值约束条件最优的第一基础分量，及满足第二峰值约束条件的最优的第二基础分量；

根据最终计算得到的所述最优的时间切换因子所对应的最优的第一基础分量及最优的第二基础分量，以及所述第一基础分量、所述第二基础分量、所述第一预编码矩阵对应的正定标量、所述第二预编码矩阵所对应的对角矩阵及所述第三预编码矩阵所对应的对角矩阵之间的关联关系，计算得到所述第一预编码矩阵对应的最优正定标量、所述第二预编码矩阵所对应的最优对角矩阵，及所述第三预编码矩阵所对应的最优对角矩阵；

此外，所述按照二分搜索法计算与所述迭代出现的切换因子对应的满足第一峰值约束条件的最优的第一基础分量，及满足第二峰值约束条件的最优的第二基础分量的步骤包括：

在基于所述迭代出现的切换因子计算最优松弛分量的循环内，按照二分搜索法分别对与计算出的松弛分量匹配的所述第一基础分量的松弛性互补方程及所述第二基础分量的松弛性互补方程进行求解，得到对应的第一基础分量及第二基础分量；

判断计算出的第一基础分量是否满足所述第一峰值约束条件，判断计算出的第二基础分量是否满足第二峰值约束条件；

若所述第一基础分量满足所述第一峰值约束条件，且所述第二基础分量满足第二峰值约束条件，则以计算出的所述松弛分量、所述第一基础分量及所述第二基础分量分别作为当次循环的最优松弛分量、最优的第一基础分量及最优的第二基础分量；

若所述第一基础分量满足所述第一峰值约束条件，且所述第二基础分量不满足第二峰值约束条件，则以计算出的所述第一基础分量作为当次循环的最优的第一基础分量，按照注水法求解第二基础分量对应的次级表示方程得到当次循环的最优的第二基础分量，并基于所述最优的第二基础分量计算求得当次循环的最优松弛分量；

同时，在此过程中，所述能量约束条件中的源节点与目的节点之间的交互信息采用下式进行表示：

其中，MI(·)表示所述交互信息，是一个N₂×N₂的单位矩阵，|·|表示矩阵行列式，表示所述源节点与所述中继节点之间的加性高斯白噪声v_r的方差，表示所述中继节点与所述目的节点之间的加性高斯白噪声v_d的方差，N₂的数值不大于min{rank(H)，rank(G)}，rank(·)表示矩阵的秩，(·)^H表示厄密共轭转置，H用于表示所述第一信道矩阵，α为所述系统的时间切换因子，G用于表示所述第二信道矩阵；F用于表示所述第三预编码矩阵；

而计算最优松弛分量时所涉及的系统分量优化式子如下所示：

x_i≥0，y_i≥0，i＝1，…，N₂

其中，x_i＝λ_2，i，x_i用于表示所述系统对应的第一基础分量，y_i用于表示所述系统对应的第二基础分量，a_i用于表示所述系统对应的第三基础分量，b_i用于表示所述系统对应的第四基础分量，λ_h,i用于表示所述第一对角矩阵Λ_h的第i个对角元素，λ_g,_i用于表示所述第二对角矩阵Λ_g的第i个对角元素，λ_2,i用于表示所述第二预编码矩阵B₂的对角矩阵的第i个对角元素，λ_f,i用于表示第三预编码矩阵F的对角矩阵的第i个对角元素，P_S用于表示源节点当前的标称功率，t用于表示以进行表达的松弛分量；

其中用于求解第一基础分量x_i的最优结构的次级表示方程如下所示：

并且，用于求解第二基础分量y_i的最优结构的次级表示方程如下所示：

y_i≥0，i＝1，…，N₂.

其中，P_m,s用于表示所述第一峰值功率，P_m,r用于表示所述第二峰值功率，η用于表示所述能量转换率。