摘要

无线通信的出现给人们带来无处不在的交流便利，从到哪都可以享受无线通信带来的享受。但是目前可以做到随时随地，不管你是在山区还是在城市都可以使用无线技术的前提是需要消耗大量的数据流量，部分地区无线无法完全覆盖。对于资费而言，不管是开发者还是用户，都需要在这上面消耗一大笔，而对于手机电池容量而言，随着无线通信速度的加快，我们智能手机的续航能力跟老人机是无法对比的，速度越快，耗电也越快，需要的流量也越多。所以电池容量成为了网路生存时间的障碍。对于消费者而言，手机经常没电，影响使用感。因此，如何保证用户在无线通信的质量同时，又消耗较小的能量，也就是降低通信网路的能耗，是一个急需解决的问题，电池容量的不足，不应该只是电子产品生产商需要攻克的难题，更是通信网络研究者面临的重要问题。针对上述问题，信息预能量同传技术提出了解决方案，因此本文将对无线信息能量同传技术进行研究，具体做了以下几方面工作：

（1）研究背景与意义，说明为什么要进行研究，以及对SWIPT技术研究的必要性，并对SWIPT技术的研究现状进行阐述。

（2）在对MIMO模型和SIMO信道容量进行建模分析的基础上，针对本文的研究内容，建立广播MISO信道模型。并对随机波束成形算法进行研究。为下文讲述优化算法做对比。

（3）对信息与能量同传的MIMO下行广播信道进行研究，分别对不同限制条件和优化目标下，基于MISO广播的信息与能量同传系统的优化问题。对于最小化基站的传输功率的优化算法，本文采用的是基于加权MRT-ZF预编码的低复杂度算法；对于最大话最小用户收集能量本文采用的是基于拉格朗日松弛优化算法。

     通过matlab仿真试验结果证明，本文采用的方法是真实有效的，基于此，为无线通信的能耗降低和高速传输提供解决方案参考。

关键词:信息能量同传；MISO信道，matlab

 4 仿真分析

4.1  计算机仿真概述

计算机仿真技术是以相似原理、系统技术、信息技术以及仿真应用领域的有关技术为基础，以计算机系统、与应用有关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型对系统（已有的或设想的）进行研究的一门多学科的综合性的技术。

计算机仿真技术经历了三次变革浪潮已发展成为集计算技术、网络技术、系统技术、自动控制、图形图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理和人工智能等多个学科的高新技术。它的应用辐射各个学科、各个部门和各个领域，是当今世界的前沿科学之一。国防建设和国民经济应用是推动计算机仿真技术发展的动力，不断增长的新需求，尤其是军事需求是计算机仿真技术持续进步的生命线。

计算机仿真技术集成了当代科学技术中多种现代化顶尖技术手段，正在极大地扩展着人类的视野、时限和能力，在科学技术领域产生着日益重要的作用。从应用的广度来看，已经从早期的航空航天、火力发电和核动力发电部门扩展到今天的军事、电子、通信、交通、舰船、化工、炼油、石油、冶金、建筑、气象、地质、矿产、水文、机械制造、轻工、企业管理、环境、文化教育、技术训练、体育娱乐、社会与发展等多种行业、多种部门。从应用的深度来看，已经渗透到系统生命周期的全过程，例如新产品或新系统的研究、试验、初步设计、施工设计、施工建设、开工可行性分析、运行优化、控制优化、故障预测、管理和市场策略等各个环节。

仿真本质上是一种知识处理的过程。典型的系统仿真过程包括：系统模型建立、仿真模型建立、仿真程序设计、模型确认、仿真试验和数据分析处理等，它设计很多领域的知识和经验。

系统仿真可以有多种分类方法。按模型的类型，可以分为连续系统仿真、离散系统仿真、连续/离散（时间）混和系统仿真和定性系统仿真；按仿真的实现方法和手段，可分为物理仿真、计算机仿真、硬件在回路中的仿真（半实物仿真）和人在回路中的仿真；根据人和设备的真实程度，可以分为实况仿真、虚拟仿真和构造仿真。

4.1.1建模仿真的基本要求

建模仿真有以下基本要求。

1）清晰性

一个大的系统往往由许多子系统组成，因此对应的系统模型也由许多子模型组成。在子模型与子模型之间，除了为实现研究目的所必需的信息外，互相耦合要尽可能少，结构尽可能清晰。

2）切题性

系统模型只应该包括与研究目的有关的方面，也就是与研究目的有关的系统行为子集的特征描述。对于同一个系统，模型不是唯一的，研究目的不同，模型也不同。如研究空中管制问题，所关心的是飞机质心动力学与坐标动力学模型；如果研究飞机的稳定性合操作性问题，则关心的是飞机绕质心的动力学和驾驶仪动力学模型。

3）精确性

同一个系统的模型按其精确程度要求可以分为许多级。对不同的工程，精确程度要求不一样。例如用于飞行器系统研制全过程的工程仿真器要求模型精确度高，甚至要考虑到一些小参数对系统的影响，这样的系统模型复杂，对仿真计算机的性能要求也高；但用于训练飞行员的飞行仿真器，对模型的精确度要求则相对低一些，只要求被培训人员感到“真”即可。

4）集合性

这是指把一些个别的实体能组成更大实体的程度，有时要尽量从能合并成一个大的实体的角度考虑对一个系统实体的分割。例如对武器射击精度的鉴定，并不十分关心每发子弹的射击偏差，而着重讨论多发子弹设计的统计特性。

4.1.2仿真的三要素

计算机仿真的三个基本要素是系统、模型和计算机，联系着它们的三项基本活动是模型建立、仿真模型建立（又称为二次建模）和仿真试验。其关系如图3-1所示：

图4-1  仿真的三要素

数学仿真采用数学模型，用数学语言描述系统行为子集的特征。其工作过程一般是：

1）建立系统的数学模型；

2）建立系统的仿真模型，即设计算法，并转化为计算机程序，使系统的数学模型能为计算机所接受并能在计算机上运行；

3）运行仿真模型，进行仿真试验，再根据仿真试验的结果，进一步修正系统的数学模型和仿真模型。