[发明专利]一种多中继机会波束成形方法

权利要求书

1.一种多中继机会波束成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设x、x和X分别表示一个变量、一个向量和一个矩阵；x^*表示变量x的共轭，x^T和X^T分别表示向量x和矩阵X的转置，x^H和X^H分别表示向量x和矩阵X的共轭转置；

设发射端随机生成一组随机系数，表示为n_t表示第n_t根天线，共N_T根，n_t＝1，2，...，N_T；第n_t根天线对应第n_t个随机系数随机系数和分别表示幅值和相位，j表示虚数的符号；随机系数的向量形式是且满足为了保证功率限制，设

步骤2：发射端生成两组导频序列S₁、S₂；设未与随机系数相乘的导频为原始导频，与随机系数相乘后的导频为导频序列；

假设原始导频的符号为x_p，直接发送到用户端的原始导频为x_p，1，经由中继放大转发给用户的原始导频为x_p，2，两个原始导频均是正弦波，且均需要满足信号功率为1，即

原始导频x_p，1与N_T个随机系数相乘产生N_T个信号导频序列原始导频x_p，2与N_T个随机系数相乘产生N_T个信号导频序列即导频序列S₁的向量形式是导频序列S₂的向量形式是

步骤3：发射端将生成的两组信号序列S₁、S₂别发送给直接信道和中继信道；

设从基站直接发射到用户的信道为直接信道，从基站经由中继放大转发到用户的信道为中继信道；信号序列S₁由基站直接发送到用户端，信号序列S₂经由中继放大转发到用户端，两个过程并行；其中中继与用户端的天线均为频分全双工的单天线，接收与发送同时进行，且接收与发送信号在不同的频段内；

基站第n_t根天线与第u个用户之间的直接信道的信道参数用符号表示，它的矩阵形式为第n_t根天线与第k个中继之间的信道参数用符号表示，它的矩阵形式为第k个中继与第u个用户之间的信道参数用符号v_k，u表示；h_k、g_u和v_k，u均在连续时间中保持不变，且三者均由均值为0，单位方差为0的圆对称复高斯随机变量给出，即

对直接信道：

第u个用户接收到直接来自发射端的信号为：

其中z_u表示方差为的加性高斯白噪声；

对中继信道：

第u个用户经由中继放大转发后接收到的信号为：

其中P₀表示中继到用户的放大功率；

滤除直接信道信号干扰后的信号为：

步骤4：用户端将信道状态信息与反馈给基站；

设直接信道的信道状态信息为设中继信道的信道状态信息为

用户端接收到来自直接信道和中继信道的信号后，将信道状态信息与由天线发送给基站；

步骤5：基站选择最优中继与最优用户并分配给直接信道和中继信道相应的功率，具体如下：

设基站分配给直接信道的功率为P_b，分配给中继信道的功率为P_k，P_b与P_k应满足以下五个限制条件：

P_b+P_k＝P_total

P_b≥0

k∈(0，K)

u∈(0，U)

其中，K为中继的总数，U为用户的总数，为分配给中继信道的功率P_k的最大值；

满足以上限制条件，为了使得可达速率R最大，需使D最大，其中

为了调整P_b与P_k占总功率的比重η从而使得可达速率R最大，求解以下问题：

其中P_k＝ηP_total，P_b＝(1-η)P_total，参数η属于(0，1)；

根据式(2)，能够求出最优的功率分配比η_opt；

为了选择最优用户、最优中继以及最优功率分配比，采取了穷举的方法，穷举的过程如下：

从第1个用户、第1个中继的组合开始，穷举到第K个中继、第U个用户，共穷举K×U次，在每次的穷举中都要分别根据公式(1)和(2)计算出相应的用户和中继组合的R与η的值，并保存在基站中；

穷举过程结束后，根据穷举的结果得到最大的可达速率R与其对应的中继、用户的组合，以及在最优功率分配比η_opt下的分配功率P_b和P_k；设对应的最优用户为第u_opt个用户，最优中继为第k_opt个中继，最优功率分配比η_opt下分配给直接信道的功率为P_b，opt，分配给中继信道的功率为P_k，opt；

步骤6：基站调度用户、中继与功率分配，向用户传输数据；

根据步骤5，基站接收到用户的反馈信息，并根据反馈信息选择出最优的用户u_opt、中继k_opt与最优功率分配比η_opt下分配给直接信道的功率为P_b，opt，分配给中继信道的功率为P_k，opt；基站根据得到的参数u_opt、k_opt、P_b，opt、P_k，opt与第k_opt个中继和第u_opt个用户建立通信并传输数据，其中分配给直接信道的功率为P_b，opt，分配给中继信道的功率为P_k，opt；

传输数据的过程如下：设与第k_opt个中继和第u_opt个用户对应的待传输的信号为经过直接信道与中继信道的传输，得到接收信号：

其中基站的与第k_opt个中继之间的信道参数用符号h_k，opt表示，基站与第u_opt个用户之间的信道参数用符号g_k，opt表示；第k_opt个中继与第u_opt个用户之间的信道参数用符号表示；表示基站到第k_opt个中继的信道噪声，表示基站到第u_opt个用户的直接信道的信道噪声；表示第k_opt个中继对应的中继信道的信道状态信息，表示第u_opt个用户对应的直接信道的信道状态信息；

步骤7：用户接收到来自基站传送的数据，并对数据进行硬判决处理；

用户接收到的信号通过硬判决处理得到一个判决量即为最后得到的判决信号。