[发明专利]非理想信道信息下的鲁棒多载波MIMO无线携能系统设计方法

说明书

本发明提供一种非理想信道信息下的鲁棒多载波MIMO无线携能系统设计方法，包括以下步骤：S1：考虑信道误差，建立信道估计误差模型；S2：根据信道估计误差模型，建立无线携能通信系统的收发机的接收信号模型；S3：建立收发机信号优化问题，所述优化问题的目标为在满足给定发射功率约束和平均收集功率约束的前提下，最小化收发机信息解码器均衡信号的MSE；S4：利用交替优化算法对收发机信号优化问题进行求解，得到最优收发机设计方案。本发明提出针对存在信道估计误差的多载波MIMO SWIPT系统提出鲁棒收发机算法设计，实现最优的MSE和误码率性能。

技术领域

本发明涉及无线携能系统技术领域，更具体地，涉及一种非理想信道信息下的鲁棒多载波MIMO无线携能系统设计方法。

背景技术

随着智能终端、传感器以及5G通信的快速发展，一些能量受限的无线网络(比如无线传感器网络、物联网、无线体域网以及无线可穿戴网络等)在人们的生活和工作中发挥越来越重要的作用。然而，在这些能量受限的网络中，供电问题约束着无线设备的大规模部署。例如，对放置在恶劣环境中的无线设备更换电池较为麻烦；在一些无法部署电力线的场景中(比如墙体内的传感器或人体内的医疗器件等)，如何对无线设备进行供能是亟待解决的问题。

文献[1]提出的无线携能通信(Simultaneously Wireless Power andInformation Transfer,SWIPT)技术为这类难题提供了一个有效的解决方案。该技术利用射频信号的双重用途(既可携带能量又可携带信息)，为无线设备同时提供数据信息和能量接入，从而解决了一些低功耗无线通信设备由于供能不足所带来的生命周期瓶颈问题。然而，由于信息接收机和能量接收机的输入灵敏度差别很大，SWIPT系统无法利用同一个接收机电路对接收信号进行信息解码和能量收集。针对此问题，文献[2]提出了具有实用意义的功率分割(Power Splitting,PS)接收机架构，该架构通过功率分割器将接收信号分为两部分，然后分别送往信息解码器(Information Decoder,ID)和能量收集器(EnergyHarvester,EH)进行处理。实现SWIPT的另一个重要问题是射频信号在空间传播的损耗非常大，若要使终端接收信号的功率可以同时满足能量收集和信息解码要求，通常需要很大的发射功率。多天线技术可以很好地改善这种状况。多天线技术一方面可以通过空间分集或空间复用提高无线信息传输的可靠性和有效性，另一方面也可以通过能量波束成形实现无线射频能量的定向传输，提高能量传输效率。因此研究多天线技术在SWIPT系统中的应用具有重要意义。近年来，基于PS的多天线SWIPT系统收发机算法设计得到了广泛的研究。对于多输入单输出(Multiple-Input and Single-Output,MISO)SWIPT系统，文献[3]通过优化发射波束成形向量和PS比例，在同时满足信号干扰噪声比约束和收集功率约束的前提下，最小化系统的发射功率。对于建立的优化问题，文献[3]基于半正定松弛方法，提出了一种全局最优，但具有较高复杂度的优化算法。对于多输入多输出(Multiple-Input andMultiple-Output,MIMO)SWIPT系统，文献[4]研究了多用户SWIPT系统收发机的算法设计问题，并基于半正定松弛方法，通过交替优化发射预编码矩阵和接收均衡矩阵(联合PS比例)，使得系统在同时满足接收信息均方误差(Mean-Square Error,MSE)总和收集功率约束的前提下，最小化发射功率。