[发明专利]无线携能通信系统中基于MOEAD的波束赋形方法

说明书

本发明公开了一种无线携能通信系统中基于MOEAD的波束赋形方法，包括以下步骤：无线携能通信系统中波束赋形模块的模型建立；构建波束赋形矢量的优化问题，包括最大化波束的主瓣增益、最大化3dB带宽和最小化最大副瓣电平；通过基于分解的多目标进化算法求解波束赋形矢量优化问题。本发明创造性地提出应用基于分解的多目标进化算法求解无线携能通信系统波束赋形中波束的主瓣增益、3dB带宽和最大副瓣电平互斥的多目标优化问题，以获得逼近Pareto最优前沿的分布均匀的非支配解的集合，通过在非支配解的集合中根据对波束的增益、带宽和副瓣电平的实际要求选取波束赋形矢量值，从而能够有效提高携能通信系统接收端能量收集的效率。

技术领域

本发明涉及无线携能通信领域，具体涉及一种无线携能通信系统中基于MOEAD的波束优化方法。

背景技术

自从二十世纪初人类第一次实现无线通信之后，无线通信技术已经得到了蓬勃发展，研究人员提出了大量的新型通信技术方案，并且许多方案都已经应用于实际，对人类生产生活产生了巨大的影响，比如第四代移动通信技术(Fourth Generation MobileCommunication Technology,4G)以及即将得到广泛应用的第五代移动通信技术(FifthGeneration Mobile Communication Technology,5G)。

对传统移动通信技术的更新，虽然在一定程度上解决了频谱资源即将匮乏的问题；然而，随着全球移动设备数量的不断增长，移动设备所消耗的能量资源也急剧增大，解决移动设备的电池充电、增加移动设备续航能力的问题也至关重要。因此研究人员已经不仅仅满足于传统通信的需求，为了解决应用通信系统传输能量的问题，L.R.Varshney在“2008IEEE International Symposium on Information Theory”上发表文章“Transporting information and energy simultaneously”，提出了无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)的概念。无线携能通信结合了无线信息传输(Wireless Information Transmission,WIT)技术和无线能量传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术，利用射频(Ratio Frequency,RF)信号传递信息的同时，还携带着移动终端所需的能量。应用SWIPT技术，有望在实现高速率信息传输的同时，还能提取RF信号中携带的能量对移动终端设备进行馈电，从而实现能量的无线传输，摆脱传统的有线充电方案或者大体积电池的限制。

另一方面，SWIPT系统往往采用多天线方案，因此会产生不同的RF链，即波束。各个波束的传播方向不一定相同，通过调整波束而使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉的过程称为波束赋形。在SWIPT系统中，相比于通信的成功建立，能量收集对波束质量的要求严格许多，波束的质量很大程度上影响了SWIPT系统能量收集的效率，波束的各向增益、有效带宽、副瓣电平等各项参数都会对SWIPT系统接收端能量收集产生影响，因此对波束的控制至关重要。Xiao.Lu等学者在文章“Wireless NetworksWith RF Energy Harvesting:A Contemporary Survey”中调查研究了通过优化射频波束提高能量收集效率的可能性。但目前在无线携能通信系统中，优化波束赋形矢量从而提高携能系统接收端能量收集效率的设计没有考虑波束的主瓣增益、3dB带宽和最大副瓣电平的权衡问题，波束的增益、带宽和副瓣电平是一个互斥的问题，在一方面获得良好性能的同时会导致其他方面性能的降低。

发明内容