大规模MIMO系统的联合多中继选择与时隙资源配置方法技术方案

本发明专利技术涉及一种大规模MIMO系统的联合多中继选择与时隙资源配置方法，发明专利技术结合量子优化机制与白蚁群优化机制的优势，利用量子白蚁群优化方法来解决Massive MIMO系统的多中继选择与时隙资源配置这一复杂的混合优化问题，具有搜索速度快、全局搜索能力强的优点。本发明专利技术结合无线能量采集技术，可显著减少Massive MIMO协作通信系统信息传输过程中的能量消耗，通过用户终端与干扰中继分别向窃听器发送干扰信号以降低窃听器的信干噪比，能够有效提高Massive MIMO系统的保密容量，保证通信系统的安全性与可靠性。

Joint multiple relay selection and slot resource allocation for large-scale MIMO systems

The present invention relates to a joint multiple relay selection and slot resource allocation method for large-scale MIMO systems. It combines the advantages of quantum optimization mechanism and termite colony optimization mechanism, and uses quantum termite colony optimization method to solve the complex hybrid optimization problem of multiple relay selection and slot resource allocation in Massive MIMO systems. It has the advantages of fast search speed and strong global search ability. Point. The invention combines wireless energy acquisition technology, can significantly reduce the energy consumption in the information transmission process of Massive MIMO cooperative communication system, and can effectively improve the security capacity of Massive MIMO system and guarantee the security and reliability of communication system by sending interference signals to eavesdroppers through user terminals and interference relays respectively to reduce the signal-to-interference-noise ratio of eavesdroppers.

【技术实现步骤摘要】
大规模MIMO系统的联合多中继选择与时隙资源配置方法
本专利技术涉及一种大规模MIMO(MassiveMIMO)系统的联合多中继选择与时隙资源配置方法，属于5G移动通信关键

技术介绍
随着信息技术的飞速发展，移动通信正以前所未有的方式推动社会变革。与4G网络相比，5G网络能满足更高的数据传输要求，具有更广的无线通信覆盖面、更好的通信质量，可构建万物互联的新景象。但随着5G通信的高速发展，移动通信所造成的温室气体排放以及能源消耗问题也会日趋严重，为实现可持续发展，绿色通信已成为5G通信的研究热点。作为5G关键技术之一，MassiveMIMO能够显著降低能耗，其基站装备大量的天线，可同时服务于更多的终端，有效提高系统的频谱效率与能效，进一步提升系统容量。利用中继网络协助MassiveMIMO系统的数据传输，可以扩大通信系统的覆盖范围，显著改善小区边缘用户的通信质量。由于不同的地理位置和信道衰落的影响，各中继对改善用户通信质量的能力存在差异，如何选择合适的中继协助小区边缘用户的数据传输对提升MassiveMIMO系统容量有着重要的意义。由于无线传输的开放性，窃听器的存在很容易截获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模MIMO系统的联合多中继选择与时隙资源配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立Massive MIMO协作通信系统模型，具体为：Massive MIMO协作通信系统由一个配置M根天线的基站、用户、L个放大‑转发半双工中继和窃听器组成，用户、各中继和窃听器均为单天线设备，与基站共享带宽为B的授权频带，假设所有噪声均为功率谱密度为N0的高斯白噪声，则噪声功率σ

【技术特征摘要】
1.一种大规模MIMO系统的联合多中继选择与时隙资源配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立MassiveMIMO协作通信系统模型，具体为：MassiveMIMO协作通信系统由一个配置M根天线的基站、用户、L个放大-转发半双工中继和窃听器组成，用户、各中继和窃听器均为单天线设备，与基站共享带宽为B的授权频带，假设所有噪声均为功率谱密度为N0的高斯白噪声，则噪声功率σ2＝BN0，信息传输的每一帧分为两个不同的时隙：TS1和TS2，在TS1，基站向中继发送信号，用户在基站传输信息的同时向窃听器发送干扰信号，则第j(j＝1,2,…,L)个中继rj接收到的信号yj为：其中，sBS和su为基站和用户发送的单位能量信号，pBS和pu为基站和用户的发送功率，w为基站的预编码矩阵，(.)H表示共轭转置，hBS,j表示基站到中继rj的信道状态信息，hj,u为中继rj到用户的信道状态信息，nj为中继rj接收到的噪声，将yj归一化，得到：其中，||.||表示求向量的范数，|.|表示求变量的模；在TS1，窃听器接收到的信号为：其中，hBS,e表示基站到窃听器的信道状态信息，hu,e为用户到窃听器的信道状态信息，为窃听器在TS1接收到的噪声，窃听器在基站传输信息过程中收到的信干噪比为：在基站传输信息的同时，各中继采集自身收到的无线信号的能量，则中继rj在TS1采集到的能量Ej为：Ej＝η(pBS||wHhBS,j||2+pu|hj,u|2+σ2)αT其中，η为能量采集率，α为时隙分配系数，T为信息传输的子帧时长；在TS2，一部分中继向用户转发在TS1接收到的信号，其余中继向窃听器发送干扰信号，通过0-1中继选择向量b＝[b1,b2,…,bL]表示中继选择结果，若bj＝1，则选择中继rj进行数据传输，利用该中继在TS1采集到的能量向用户发送信号；若bj＝0，则中继rj对窃听器发送干扰信号；中继对用户产生的总干扰不得超过用户的干扰门限Ith，中继rj采用的功率控制策略为：其中，min{.}表示取一组数中的最小值，N表示对窃听器发送干扰信号的中继总数；窃听器在TS2收到的信号为：其中，hj,e和hk,e分别为中继rj和中继rk(k＝1,2,…,L,k≠j)到窃听器的信道状态信息，sk为中继rk发送的干扰信号，为窃听器在TS2接收到的噪声，令为与中继选择变量bk相关的变量，若bk＝0，若bk＝1，窃听器在中继传输信息过程中收到的信干噪比为：其中，pTS为窃听器在TS2接收到的干扰信号功率之和，具体可表示为：故窃听器在基站到用户的信息传输过程中收到的信干噪比为：其中，max{.}表示取一组数中的最大值；在TS2，通过自干扰消除方法，用户收到的信号为：其中，hk,u为中继rk到用户的信道状态信息，nu为用户接收到的噪声，用户在中继传输信息过程中收到的信干噪比γu为：则MassiveMIMO中继系统的保密容量为：R(b,α)＝max{(1-α)B[log2(1+γu)-log2(1+γe)],0}步骤二：初始化量子白...

【专利技术属性】
技术研发人员：高洪元，苏雨萌，张世铂，刁鸣，孙志国，杜亚男，马雨微，谢婉婷，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23