基于波束成形的无线充电过程性能评估
无线通信中的波束成形技术研究
无线通信中的波束成形技术研究一、引言随着无线通信的快速发展，人们对无线网络传输速度和稳定性的需求越来越高。
波束成形技术作为一种通信信号处理技术，可以提高通信系统的信号质量和传输距离，被广泛应用于无线通信系统中。
本文将从波束成形技术的基础原理、具体实现以及未来发展等方面进行研究探讨。
二、波束成形技术的基础原理波束成形技术是通过对传输信号进行合理加权和相位调整，将信号能量集中在特定的方向，形成一束窄而强的信号，从而提高信号的传输效果。
其基础原理可分为两个方面：波束形成和波束跟踪。
1. 波束形成：波束形成是利用天线阵列的相位差造成信号的相干相位叠加，从而将信号能量集中在特定方向。
波束形成依赖于波束赋形算法，常用的算法包括最小均方误差（MMSE）算法、最大信噪比（MSN）算法和最大功率传输（MPT）算法等。
2. 波束跟踪：波束跟踪是指通过算法和信号处理技术实时跟踪用户的位置和通信环境变化，并对波束进行动态调整以保持通信链路的稳定性和可靠性。
三、波束成形技术的具体实现波束成形技术的具体实现需要考虑多个因素，包括天线阵列、信号处理算法、信道估计和反馈等。
1. 天线阵列：天线阵列是波束成形的关键组成部分，不同的天线阵列结构对波束成形的效果有着重要影响。
目前常用的天线阵列包括均匀线阵、均匀面阵、非均匀阵列等，在设计天线阵列时需要考虑阵列的形状、大小、发射功率和接收灵敏度等参数。
2. 信号处理算法：信号处理算法是实现波束成形的关键，合理选择算法能够提高波束成形的性能。
常用的算法有协方差矩阵的特征分解法、最大似然估计算法和扩展卡尔曼滤波算法等。
3. 信道估计和反馈：波束成形技术需要对信道进行准确估计，以便实时调整波束的方向和形状。
同时，需要将估计的信道信息反馈给发送端，实现波束的动态调整。
常用的信道估计方法有最小均方误差估计和最大似然估计等。
四、波束成形技术在实际应用中的挑战波束成形技术在实际应用中面临一些挑战，需要进一步研究和改进。
无线充电产品检验标准
2、B面：当0.2mm≤D≤0.25mm，N≤1；当0.15mm≤D≤0.2mm，DS≥60mm，N≤2。
备注：当缺陷的直径D≤0.10mm且DS≥2mm,可不视为缺陷。
目视
√
硬划痕（碰伤）
1、A面：D≤0.35mm（S≤0.1mm2），N≤1
要求：无损伤为合格，可以有点状伤痕，但不开裂、无明显裂痕。
4.6寿命测试标准
寿命测试应符合以下要求。
测试项目
试验条件、标准要求
开关机稳定性
试验
试验条件：在正常使用的条件下，对发射端做1000次开关机操作。
要求：每次开机通电后能在“要求的时间”内正确感应接收端，能正常充电；关机时设备无异常情况。
DC插口插拔
2、B面：D≤0.4mm（S≤0.13mm2），N≤1
目视
√
1、A面：L≤0.5mm，W≤0.2mm，N≤1（S≤0.1mm2）
2、B面：L≤0.8mm，W≤0.2mm，N≤1（S≤0.16mm2）
目视
√
细划痕
1、A面：L≤3mm，W≤0.1mm，N≤1（S≤0.3mm2）
2、B面：L≤5mm，W≤0.1mm，N≤1（S≤0.5mm2）
要求：（1）喷涂表面：在划线的交叉点处有小片的油漆脱落，小方格涂层脱落总面积＜5%为合格，脱落总面积≥5%为不合格。
RCA磨擦试验
试验条件：RCA耐磨仪，175g力，橡胶漆连续磨擦10个循环，UV漆连续磨擦300个循环，其他喷油连续磨擦200个循环。
要求：被测面无见底材，表面油漆应无磨损或脱落的现象为合格。
试验
试验条件：被测样机不包装、处于通电待机状态，按正常步骤，插拔电源适配器的DC插头。按外观结构检查→发射器基本功能测试顺序进行。每插拔100次检查发射器的功能是否正常。
mimo波束成形matlab
mimo波束成形matlabMIMO波束成形技术是当前无线通信领域中较为热门和前沿的研究方向之一。
它利用多个天线在发射端和接收端进行信号处理和传输，可以大大提高无线信号传输的性能和效率。
MIMO波束成形技术可以通过优化信号功率和控制传输角度等方式，实现信号传输的定向性和高效性，从而提高数据传输效率。
在Matlab 中进行MIMO波束成形研究和模拟非常方便和实用。
Matlab提供了很多工具箱和函数库，可以很方便地进行MIMO波束成形研究和数据处理。
下面我们简单介绍一下Matlab中进行MIMO波束成形的基本流程和步骤：1.建立信道模型：首先，需要利用Matlab中提供的信道建模工具箱，建立MIMO 系统的信道模型。
根据不同的应用场景和需求，可以选择不同的信道模型，如Rayleigh衰落信道模型、Rician衰落信道模型、高斯信道模型等。
2.设置参数：在进行信道建模后，需要设置MIMO系统的一些参数，如发射端和接收端的天线数、信号功率等。
3.设计波束形成算法：根据需要，可以设计不同的波束形成算法，如线性波束成形、最小方差波束成形、最大比合成波束成形等。
在设计波束形成算法时需要充分考虑MIMO系统的天线数、信道模型、系统噪声和信噪比等因素。
4.模拟波束成形：在进行完算法设计后，可以利用Matlab中提供的波束成形工具箱对波束进行模拟和测试。
通过波束成形的模拟和测试，可以评估和比较不同的波束形成算法的效果和性能。
5.性能评估和优化：通过波束成形模拟和测试，可以得出MIMO系统的性能和效率数据，并对波束形成算法进行评估和优化。
在优化波束形成算法时需要充分考虑系统复杂度、计算复杂度和功耗等因素。
以上是Matlab进行MIMO波束成形的基本流程和步骤。
通过Matlab进行MIMO波束成形研究和模拟，可以更加方便和高效地进行无线通信系统的设计和优化，为无线通信领域的应用和发展提供了强有力的支持和保障。
传统 波束成形算法 -回复
传统波束成形算法-回复什么是传统波束成形算法？传统波束成形算法是一种用于无线通信系统中的信号处理技术，用于改善无线信号传输中的可靠性和覆盖范围。
在传统的无线通信系统中，无线信号会受到多径传播、噪声、干扰等因素的影响，导致信号质量下降。
为了解决这些问题，传统波束成形算法能够将信号能量聚焦在特定的方向上，从而增强信号的强度和质量，提高通信系统的性能。
传统波束成形算法的原理传统波束成形算法的原理基于波束形成器与移相器的组合使用。
波束形成器用于将信号能量聚焦在特定的方向上，而移相器则用于实现相位控制，使波束达到最佳效果。
传统波束成形算法的步骤传统波束成形算法通常包括以下几个步骤：1. 接收信号的采集和预处理在传统波束成形算法中，首先需要对接收信号进行采集和预处理。
采集过程中，接收到的信号经过天线接收到射频前端，并经过滤波器等器件进行初步处理，然后进入下一步预处理阶段。
2. 构建波束模式构建波束模式是传统波束成形算法的核心步骤。
波束成形器根据特定的算法，计算并确定合适的相位和幅度，以实现信号聚焦在特定的方向上。
这一步骤中需要考虑到信号的传播路径、多径效应、干扰等因素。
3. 相位调整在构建波束模式后，需要通过移相器实现相位调整。
相位调整可以通过改变信号的传输速度来调整波束的方向和形状，以实现最佳的波束聚焦效果。
这一步骤通常需要通过反馈机制进行优化，以使波束达到最佳性能。
4. 信号解调和后处理在波束成形后，接收到的信号需要进行解调和后处理。
解调步骤中，信号经过解集中器等设备转换为数字信号，然后进入后处理阶段。
后处理阶段中对信号进行滤波、去噪、误码纠正等操作，以提高信号质量和可靠性。
传统波束成形算法的应用传统波束成形算法在无线通信系统中有广泛的应用。
其中一个典型的应用是在基站中，通过使用多个天线和传统波束成形算法来实现空分多址技术（Spatial Division Multiple Access，SDMA）。
SDMA技术可以将基站的覆盖范围划分成多个区域，每个区域使用不同的波束来传输信号，从而提高通信系统的容量和性能。
无线网络中的波束成形技术
无线网络中的波束成形技术随着科技的不断进步，无线通信技术发生了翻天覆地的变化。
相较于传统的天线技术，波束成形技术更受到了人们的青睐。
波束成形技术是无线通信技术中的一种新兴技术，通过调节天线方向、幅度和相位等参数，使信号能够准确地被定向传播，从而提高了无线通信的质量和效率。
本文将详细介绍无线网络中波束成形技术的应用以及优势。
一、波束成形技术的基本原理波束成形技术是通过调节发射端和接收端的天线参数来改变信号的传输方向和强度。
在调节天线参数之前，需要对信道进行建模，确定传输路径和信道特性；之后，通过对天线参数的调节，发送端向目标发送更加强有力的信号，而接收端则能够准确地接收到信号。
整个过程，就叫做波束成形技术。
波束成形技术的调节参数主要包括天线方向、天线幅度和天线相位。
天线方向的调节可以使信号覆盖范围更加集中，传输距离更远；天线幅度和天线相位的调节则可以调整信号的信噪比和相位延迟，从而进一步优化信号传输质量。
二、波束成形技术在无线网络中的应用1.多址分配技术无线网络是一个共享资源，信号受多个用户干扰的影响比有线网络更加严重。
传统的无线网络采用TDMA或CDMA等多址分配技术，将无线信道进行分时或者分频复用，但是在高频段等复杂信道环境下，这种技术是无法满足要求的。
波束成形技术可以减少多用户间的干扰，从而大大提高网络效率和信号质量。
2.信道分集技术多路路径信号计算和合成是无线通信中一个重要的技术问题。
传统的单天线无法实现波束成形技术，但多输入多输出（MIMO）技术可以实现这一点。
MIMO技术通过多个天线接收多路独立的信号，然后通过波束成形技术将它们合并为一路更强有力的信号，从而大大提高了网络的容量和覆盖范围。
3.室内分布式天线技术室内分布式总线式天线系统（DAS）是在室内无线通信领域的新兴技术，由于其能够提供更加均匀的网络覆盖以及更优质的网络服务，被广泛应用于大型建筑、高层公寓等环境中。
波束成形技术可以进一步改善DAS技术中的网络覆盖和服务质量。
无线通信网络中的波束成形技术
无线通信网络中的波束成形技术在日常生活中，我们随处可见的通信设备，如手机、电视、无线路由器等，都依赖于无线通信技术。
而无线通信技术的核心之一就是波束成形技术。
本文将深入探讨无线通信网络中的波束成形技术。
一、波束成形技术的基本概念波束成形技术（Beamforming）是指控制天线发射功率和相位，在不改变载波频率的情况下，快速调整天线辐射方向和强度，以达到波束聚焦的目的。
波束聚焦后，信号强度大大增加，信噪比也随之提高。
从而可以使通信距离增加，减少信号干扰和功率损耗，提高通信速率和网络容量。
波束成形技术基于微波通信理论和数字信号处理技术，主要有数字波束成形技术和模拟波束成形技术两种形式。
其中数字波束成形技术适用于数字信号处理复杂、系统稳定的无线通信网络；而模拟波束成形技术则适用于信号处理简单、系统设计简化的网络。
二、波束成形技术的工作原理波束成形技术的实现基于所用天线阵列的相位控制技术，天线阵列可构成不同的波束。
波束形成的过程大致可以分为以下三个步骤：1. 方向估计在波束成形的过程中，需要先根据移动目标或者用户设备位置来推算其在信号空间中的方向。
方向估计一般采用的方法有最大似然估计（ML）和最小均方误差（MSE）估计等。
2. 波束形成在天线阵列中，每个天线根据所接受的信号情况调整其输出信号的相位和幅度，形成一个具有指向性的冲击波，从而形成波束。
波束的指向主要由相位调控，波束宽度由幅度调控。
3. 波束跟踪波束跟踪主要是指在移动场景下，通过控制阵列天线中每个天线的相位和幅度的变化，以保证波束聚焦在目标上。
波束跟踪需要对目标的移动速度和移动方向进行实时估计，并对波束参数进行调整。
三、应用场景波束成形技术在通讯领域应用较为广泛。
在低频率通信系统中，波束成形主要应用于雷达和无线电方向查找设备；而在高频率通信系统中，波束成形主要应用于无线电通信网络中。
其中，模拟波束成形技术应用非常广泛，如模拟波束成形的无线电接收器、基站、天线、电视、测向仪等。
无线充电测试报告
无线充电测试报告1. 背景无线充电技术是近年来发展迅速的一项技术，它提供了一种方便、无需连接电缆的充电方式。
本文将对某款无线充电器进行测试和评估，以便了解其性能和可靠性。
2. 测试目的本次测试的目的是评估该无线充电器在不同条件下的充电效果和充电速度。
通过测试，我们希望得出以下结论：1.该无线充电器是否能够提供稳定而高效的充电功能。
2.在不同距离和角度下，充电效果是否有所变化。
3.充电器是否能够适应不同类型的充电设备。
3. 测试方法3.1 材料准备在进行测试前，我们准备了以下材料：1.无线充电器：型号为XXX，来自某知名品牌。
2.充电设备：包括手机、平板电脑等不同类型的设备。
3.测试设备：包括电压表、电流表等工具。
3.2 测试步骤步骤一：准备工作1.确保测试环境干净、整洁，并远离其他干扰物品。
2.将充电器连接到电源，并确保电源电压稳定。
3.确保充电设备电量较低，以便测试充电速度和效果。
步骤二：距离测试1.将充电设备放置在充电器的不同距离处，包括近距离、中距离和远距离。
2.记录每个距离下的充电效果和充电速度。
3.分析数据，判断充电效果是否受距离影响。
步骤三：角度测试1.将充电设备放置在充电器的不同角度处，包括水平放置、倾斜放置等。
2.记录每个角度下的充电效果和充电速度。
3.分析数据，判断充电效果是否受角度影响。
步骤四：充电设备测试1.使用不同类型的充电设备进行测试，包括手机、平板电脑等。
2.记录每个设备的充电效果和充电速度。
3.分析数据，判断充电器是否能够适应不同类型的充电设备。
3.3 数据分析通过对测试数据的分析，我们得出以下结论：1.无线充电器提供了稳定而高效的充电功能，能够满足用户日常使用需求。
2.在不同距离和角度下，充电效果有所变化，但整体表现良好。
3.充电器适应不同类型的充电设备，能够充电多种设备。
4. 结论经过对某款无线充电器进行测试和评估，我们得出以下结论：1.该无线充电器在稳定性和充电效果方面表现出色。
无线网络中基于波束成形的多用户接入技术研究
无线网络中基于波束成形的多用户接入技术研究无线通信技术的发展日新月异，波束成形技术（Beamforming）也随之兴起，成为未来无线网络中的重要组成部分。
该技术可以有效提高空间频谱利用率与传输速率，满足多用户的需求。
同时，因为其具有可扩展性和适应性，其应用前景广阔。
本文就基于波束成形的多用户接入技术进行研究。
1. 基于波束成形的多用户接入技术简介首先，我们需要了解波束成形技术。
波束成形技术是指在发射端与接收端之间通过调制电子波束的方向和形状，使信号在一定的方向上得到增强而在其他方向上被削弱，从而实现信号增强，抑制干扰和提高传输速率的技术。
具体来说，在多种天线阵列的信号传输下，利用自适应算法空间滤波，将单一信号转变成一定方向上的多路信号，这些信号在不同空间方位和位置上分别传输给不同用户，实现了多用户接入技术。
2. 基于波束成形的多用户接入技术的优势在当前无线通讯中，由于需要高速宽带传输、大容量和多用户接入，因此需要一种高效的多用户接入技术。
基于波束成形的多用户接入技术与其他技术相比具有多方面的优势，包括：（1）高速率和高容量：通过增强信号的方向性和利用空间分离的技术，可以实现更高的传输速率和更大的传输容量。
（2）降低干扰：通过抑制干扰和增强信号的方向性，可以减少信号与其他设备之间的干扰，实现更可靠的传输。
（3）灵活性和适应性：该技术具有较高的灵活性和适应性，可以根据不同环境和设备的需求进行调整和优化。
（4）节省能源：由于其较高的传输效率和可控制的发射方向，可以节省大量的能源消耗。
3. 基于波束成形的多用户接入技术的实践应用该技术在当前无线通信领域中已经得到了广泛的应用。
其中最重要的应用是在5G网络中，能够实现更高的传输速率和更大的容量，提高网络的可靠性和稳定性。
同时，在智能家居和工业生产等领域也可以发挥出更加灵活的作用，提高设备之间的互动性和可控性，提高设备的效率和稳定性。
当前的研究也着重于解决一些技术问题，例如如何提高多用户接入的效率、如何优化波束成形算法和如何满足不同场景和应用的需求，这些问题将成为未来基于波束成形多用户接入技术的研究和发展的重点。
自适应波束成形算法LMS、RLS、VSSLMS
传统的通信系统中，基站天线通常是全向天线，此时，基站在向某一个用户发射或接收信号时，不仅会造成发射功率的浪费，还会对处于其他方位的用户产生干扰。
然而，虽然阵列天线的方向图是全向的，但是通过一定技术对阵列的输出进行适当的加权后，可以使阵列天线对特定的一个或多个空间目标产生方向性波束，即“波束成形”，且波束的方向性可控。
波束成形技术可以使发射和接收信号的波束指向所需要用户，提高频谱利用率，降低干扰。
传统的波束成形算法通常是根据用户信号波达方向（DOA）的估计值构造阵列天线的加权向量，且用户信号DOA在一定时间内不发生改变。
然而，在移动通信系统中，用户的空间位置是时变的，此时，波束成形权向量需要根据用户当前位置进行实时更新。
自适应波束成形算法可以满足上述要求。
本毕业设计将对阵列信号处理中的波束成形技术进行研究，重点研究自适应波束成形技术。
要求理解掌握波束成形的基本原理，掌握几种典型的自适应波束成形算法，熟练使用MATLAB仿真软件，并使用MA TLAB仿真软件对所研究的算法进行仿真和分析，评估算法性能。
（一）波束成形：波束成形，源于自适应天线的一个概念。
接收端的信号处理，可以通过对多天线阵元接收到的各路信号进行加权合成，形成所需的理想信号。
从天线方向图(pattern)视角来看，这样做相当于形成了规定指向上的波束。
例如，将原来全方位的接收方向图转换成了有零点、有最大指向的波瓣方向图。
同样原理也适用用于发射端。
对天线阵元馈电进行幅度和相位调整，可形成所需形状的方向图。
波束成形技术属于阵列信号处理的主要问题：使阵列方向图的主瓣指向所需的方向。
在阵列信号处理的范畴内，波束形成就是从传感器阵列重构源信号。
虽然阵列天线的方向图是全方向的，但阵列的输出经过加权求和后，却可以被调整到阵列接收的方向增益聚集在一个方向上，相当于形成了一个“波束”。
波束形成技术的基本思想是：通过将各阵元输出进行加权求和，在一时间内将天线阵列波束“导向”到一个方向上，对期望信号得到最大输出功率的导向位置即给出波达方向估计。
车载无线充测试工作流程
车载无线充电器的测试工作流程主要包括以下步骤，以确保其性能、安全性和兼容性符合行业标准和用户需求：1. 外观及结构检查：- 检查产品的外观设计是否完整无损，结构装配是否稳固。
- 确认产品标识、标签信息清晰且正确，包括额定功率、认证标志等。
2. 电气连接测试：- 将车载无线充电器通过数据线与汽车点烟器接口正确连接，确认电源输入稳定无误。
- 测试USB数据线的导通性和电阻值是否在正常范围内。
3. 功能验证：- 将支持无线充电功能的手机放置在无线充电板上，观察手机是否能够开始接收无线充电。
- 测试不同位置和角度下的充电效果，以确保充电区域的有效范围。
4. 兼容性测试：- 使用不同品牌、不同型号、具有无线充电功能的手机进行兼容性测试，确保充电器能为多种设备提供有效充电服务。
5. 安全性测试：- 进行过热保护测试，在连续或长时间充电过程中监控温度变化，确保产品不会过热导致安全隐患。
- 电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）测试，确保无线充电器产生的电磁辐射不超标，并能在复杂电磁环境中稳定工作。
- 过载、短路保护测试，模拟异常情况以检验产品的自我保护机制是否有效。
6. 性能评估：- 测量并记录从启动充电到充满电所需的时间，对比标称的充电效率。
- 对比快充协议的实施情况，如Qi标准或其他厂商特定的标准是否得到支持并按要求执行。
7. 可靠性测试：- 长时间老化试验，考察产品在持续使用条件下的稳定性及寿命。
- 循环加载测试，模拟频繁插拔和充电停止再启动的过程，检测产品耐用性。
8. 报告撰写与认证申请：- 根据上述所有测试结果，编写详细的测试报告。
- 符合相关国家和地区标准后，向相应的认证机构提交报告并申请相关认证，如CE、FCC、CCC等。
整个测试过程应遵循国际或地区性的技术标准，比如Qi标准或者汽车制造商内部的标准，确保车载无线充电器在各种条件下都能安全、高效地工作。
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电子设计工程ElectronicDesignEngineering第27卷Vol.27第1期No.12019年1月Jan.2019
收稿日期：2018-03-14稿件编号：201803114基金项目：重点国别及机构产业技术合作项目（BZ2017007）作者简介：俞玲娜（1992—），女，江苏无锡人，硕士研究生。研究方向：无线电能传输。
无线充电技术（Wirelesschargingtechnology）成为一种必然趋势已被业内广泛认同[1]。其是在不借助金属导线以及其他物理连接的条件下，基于电磁感应或其他交流感应理论，在发射端和接收端之间实现电能传输的技术[2]。“波束成形（Beamforming）”技术是无线充电技术领域的研究热点之一。美国麻省理工大学研发的Mag-MIMO（Magnetic-MIMO）无线充电系统首次将
波束成形技术应用于无线充电领域[3]。基于该技术的无线充电系统，使得原本全向传输的能量集中传输至某个或某些特定方向。这将有助于延长充电距
基于波束成形的无线充电过程性能评估俞玲娜1，郝鹏2，刘维亭1（1.江苏科技大学电子信息学院，江苏镇江212003；2.镇江博联电子科技有限公司江苏镇江212003）摘要：波束成形技术可改善无线充电的传输效率和传输距离等性能。然而，考虑到充电过程中发射端设备与接收端设备之间可能的相对位移对波束成形的影响，甚至可能导致的充电中断，文中针对一对一动态无线充电场景，建立了基于波束成形的充电过程数学模型。该模型考察6个环节概率，即广播→扫描→连接→读写数据→充电→充电完成判断，并进而提出了一种基于离散时间马尔科夫链的无线充电系统性能评估方法。仿真结果表明，具有波束成形机制的无线充电过程比一般的无线充电在充电成功率上提高了37%。关键词：无线充电；波束成形；马尔科夫链；性能评估中图分类号：TM743文献标识码：A文章编号：1674-6236（2019）01-0058-05Performanceevaluationofsingle⁃input⁃single⁃outputwirelesspowertransfer
basedonbeamforming
YULing⁃na1，HAOPeng2，LIUWei⁃ting1
（1.SchoolofElectronicsandInformation，JiangsuUniversityofScienceandTechnology，Zhenjiang212003，China；2.ZhenjiangBig-LinkTechnologyCo.，Ltd.，Zhenjiang212003，China）
Abstract:Extensiveinvestigationsshowthatwirelesschargingsystemusingbeam-formingcanimprovethetransmissionefficiencyandreliabilityandreachlongerdistance.However，beam-formingalsoincreasesthecomplexityofthechargingprocess，problemssuchasrelativemovementbetweenthetransmitterandreceiverduringchargingmayaffectbeam-formingprocessorevenleadtocharginginterruption.Consideringsuchsituation，astudyingmodelofsingle-input-single-outputwirelesschargingsystemwithbeam-formingisestablishedinthispaper.Thismodelincludessixsteps，i.e.，broadcasting，scanning，connecting，reading&writingdata，chargingandfinaljudgment.Comparedtotheexistingstudies，ithassupplementedtwoadditionalstepsi.e.，scanningandfinaljudgment，andexaminedtheprobabilitiesofallsteps.Therefore，themodelofchargingprocessandthetheoreticalperformanceevaluationproposedinthearticlealsohavetakenfollowingeffectsintoconsideration，suchastheregionalcharacteristicsofbeam-forming，relativemovementbetweenmobiledevices，unexpectedinterruptioninchargingprocess.Intheend，thesimulationresultsshowthattheefficiencyofwirelesschargingwithbeam-formingis37%higherthanthatofthenormalsystem.Keywords:wirelesscharging；beamforming；markovchain；performanceevaluation
--58离、提高充电效率，并增强抗干扰性[4]。然而，设备间的相对移动也增加了充电过程的复杂度，出现了诸如充电连续性差、充电中断等问题[5]。因此，针对系统性能问题，本文建立了基于波束成形的一对一动态无线充电系统的充电过程数学模型。并在此基础上，提出了一种基于离散时间马尔科夫链（DTMC，DiscreteTimeMarkovChain）的系统性能评估方法。
1系统结构及其原理
无线充电系统有多种不同的充电场景，其中一对一动态无线充电场景最为普遍，占据51%[6]。因此，本文针对该场景研究波束成形机制对无线充电的影响。基于波束成形的一对一动态无线充电系统也包含一个发射端（一个充电设备）与一个接收端（一个待充电设备）。发射端由多个线圈构成，接收端由单个线圈构成。发射端根据接收端反馈的信息，自适应选择最优的单个或多个线圈工作，并将工作线圈所产生的磁通量进行加权合成[7-9]，形成一束理想磁流，发送至一个接收端，如图1所示。
图1系统简单示意图2充电过程
为提高充电连续性和可靠性，本文所研究的基于波束成形的一对一无线充电流程如图2所示。增加了扫描、充电完成判断2个环节，并包含NS次扫描，以及扫描到接收端后允许的k次充电子过程。其中，NS≤NSmax，NS
max
=2π/θ为波束扫描一周所需次数，θ
为单波束角度；充电子过程包含4个环节：连接→读写数据→充电→充电完成判断，k≤K。本文中，令K=3[11]。如图2所示，当k=0，NS=0时，进行第一次扫描。若由于接收端RX
不在波束所覆盖区域内等原
因导致发射端的监测传感器未能监测到接收端，则扫描环节失败。将进行下一次扫描，即NS+1。若成功扫描到接收端，则进行两端间的连接、读写数据并开始充电。当设备RX
达到其充满电的额定电压
值时，此时充电完成判断成功，即充电成功。但此期间接收端发生相对移动或其他情况，两端可能会产
生通信失败或误判充电完成等结果。因此，在这4个环节中任意一个环节的失败将进行一次新的充电过程，即k+1。当k>3或NS>NSmax，则充电失败。
3基于DTMC的充电过程研究
在一对一场景的充电过程中，移动设备将来的位置只与其当前位置有关，而与其过去位置无关[12]。因此，可采用离散马尔科夫链的数学理论来分析系统性能。在基于波束成形的无线充电系统中，由于设备的移动两设备间的相对位置可能会超出波束区域，造成充电中断。此时，则需要重新扫描后再建立两端连接。因此，系统进行扫描、连接环节的次数以及成功概率为本文的研究重点。3.1基于DTMC的充电过程概率模型
根据上述充电过程，本文建立了基于马尔科夫链的充电成功概率模型，如图3所示。
图3充电过程的DTMC概率模型及四种失败情况
图2充电过程流程图俞玲娜，等基于波束成形的无线充电过程性能评估
--59《电子设计工程》2019年第1期
BCk,q：在第k次充电子过程中，发射端进行第q次广播环节；SCANk,q：在第k次充电子过程中，发射端进行第q次扫描环节；psk,q：在第k次充电子过程中，发射端进行第q次成功广播的概率值；prk,q：在第k次充电子过程中，发射端进行第q次成功扫描到待充电设备RX的概率值；αk、βk、γk：分别表示在第k次充电子过程中，发射端与接收端连接成功的概率值、两端读写数据成功的概率值以及充电完成判断成功的概率值。在整个充电过程中，广播、扫描、连接、读写数据、充电以及充电完成判断每一个环节对充电成功的概率均会产生重要的影响。因此，图3考虑了在第k次充电子过程中所有环节的执行成功概率对系统成功充电的影响。显然，只有当扫描到待充电设备的两端建立连接，发射端读取接收端反馈并写入当前待充电设备的型号、电量等信息后开始充电且充电判断完成，才为一次一对一的无线充电成功。基于图3所示概率图，在基于波束成形的一对一无线充电过程中，情况1-情况4发生的概率可分别用pc1、pc2、pc3、pc4表示：pc1=∏i=1Q[]psk,i·()1-prk,i（1）pc2=éëêùûú1-∏i=1Q[]psk,i·()1-prk,i·()1-αk（2）pc3=éëêùûú1-∏i=1Q[]psk,i·()1-prk,i·αk·()1-βk（3）pc4=éëêùûú1-∏i=1Q[]psk,i·()1-prk,i·αk·βk·()1-γk（4）其中，k∈[]0,3，i∈[]1,Q，Q=NSmax。因此，Q=2π/θ。另外，参数psk,i、prk,i为两个在[]0,1之间的随机变量。当排除了以上4种充电失败情况发生的概率后，可推得基于波束成形的一对一无线充电成功的概率为：p=1-pc1-pc2-pc3-pc4（5）显然，p的值越大，相应地pc1、pc2、pc3、pc4的值越小，充电成功的可能性越大。下文将针对各参数大小对充电过程性能的影响进一步分析。3.2基于DTMC的充电系统状态转移模型离散马尔科夫过程是一种典型的随机过程，其可通过对不同状态的初始概率以及状态间转移概
率的研究来确定状态的变化趋势，从而对未来进行预测。Pij()t=P()X()s+t=j|X()
s=i（6）
s+t∈T，i,j∈I为X()t在s时刻处于状态i，经过