基于MIMO干扰信道的无线充能系统研究

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无线充能技术允许同时传输信息和能量,可以有效地缓解移动设备电池电量的续航能力不足的缺点,具有广阔的应用和研究前景[1]。在目前的研究中,虽然关于无线充能系统的研究日益深入,但是很少有研究考虑无线充能系统中干扰信道对(CCI:Co channel Interference)对充能的影响。虽然干扰信号会减少信号传输的可靠性,但是能提供更多的能量来源,因为目的结点的接收机并不能有效的区分十扰和接收信号,这些干扰加上发射端的有用信号会被接收机分为有用的信号和能量,所以可以充分利用的同频干扰,给系统带来增益,因此,在上述基础上,本文建立了基于MIMO干扰信道的无线充能系统。本课题综合研究了无线充能和其他无线通信技术的结合,分别在第三章和第四章中建立了基于MIMO干扰信道的全双工充能系统和中继充能系统,其中所有的通信节点都采用多天线设计,针对这两个系统,首先建立了系统模型,再在各自系统模型的基础上建立了数学模型,提出了相应的优化问题,优化问题的目标函数是系统总的均方误差,并且考虑了同频干扰,以及发射功率约束和充能约束。因为初始的优化问题是非凸的,难以直接求解,所以在本文中先将优化问题经过矩阵向量化处理,形成一个二次规划的二次约束(QCQP: Quadratically Constrained Quadratic Program)问题,然后在QCQP问题的基础上进行适当缩放处理使其成为二阶锥规划(SOCP:Second Order Cone Programming)问题,并在此基础上使用 FFP-SCA算法案,最后进行迭代求解。我们还提出了次优方案,它把优化问题简化为单约束问题,然后使用拉格朗日函数和KKT条件来求解,以此减少计算的复杂度。最后搭建了仿真平台,对于SQCP问题,使用Matlab Sedumi进行仿真求解,并对仿真图形进行了性能分析,比较了两种系统模型下两种不同的算法的优劣性,仿真结果表明干扰信道能给系统带来增益,且相比于次优方案下的联合收发设计,FPP-SCA方案的系统MSE更小。
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