[发明专利]一种基于偏置ASK调制的自适应无线携能通信系统

说明书

本发明公开一种基于偏置ASK调制的自适应无线携能通信系统。该系统包括无线携能发射子系统和无线携能接收子系统，无线携能发射子系统发射同时具备能量和信息的偏置ASK信号，通过自由空间传输到所述无线携能接收子系统；无线携能接收子系统通过以射频整流器和低通滤波器为核心的整流滤波模块，同时实现输入信号的RF‑DC转换及非相干解调，供给后级的信息链路及能量链路使用；无线携能接收子系统通过输入信号监测和能量管理，将自身的实时工作状态反馈给无线携能发射子系统，无线携能发射子系统通过反馈信息调整发射相关性能参数，实现无线携能通信系统的自适应功能。本发明提高了系统的能量与信息发射效率和稳定性，降低了功耗和成本。

技术领域

本发明涉及无线通信及能量传输技术领域，具体涉及一种基于偏置ASK调制的自适应无线携能通信系统。

背景技术

无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)是一种新型的无线通信类型，即在与无线设备进行信息交互的同时，为无线设备提供能量，从而大大减小无线设备对于电池的依赖，因此在物联网(Internet of Things,IoT)领域具有广阔的应用前景。SWIPT包括无线功率传输(Wireless power transfer,WPT)和无线信息传输(Wireless information transfer, WIT)两个子系统，WPT的主要目标在于提高接收端的整流效率，而WIT的主要目标在于提高信息传输速率，降低误码率并在此基础上降低发射功率。大部分传统的SWIPT研究中均是独立优化WPT和WIT，而很少考虑两个子系统的相互影响。

随着IoT设备的广泛应用，业界大概有百亿甚至千亿级IoT设备接入无线网络，提供无所不在的连接。但是估计有一半以上的IoT设备不能采用有线供电而采用电池供电。虽然低功耗无线网络（比如LoRa、NB-IoT等）技术使得IoT设备的电池寿命可达1～3年不等，但是数量巨大的IoT设备更换电池的人力成本是不可接受的。因此，未来希望IoT终端是尽量是无源设备，或者电池寿命是无限长的，即使电池寿命有限也可以再生，比如光电池、风能充电等。光充电、风充电对于IoT设备来说成本高、安装空间大，对环境要求高，而很多IoT设备在荒郊野外、涵洞、隧道、水下、室内等，这些环境下的电能接续是IoT普及的关键。

IoT场景下的大部分的无线设备都具有功耗小、成本低、功能简单、布设广的特点，因此以牺牲部分通信性能为代价进一步降低设备成本和功耗，同时减少设备布设和维护成本是完全可行的，而基于偏置ASK调制的SWIPT系统可以进行信息和能量的复合传输，接收端无需射频本振和下变频模块，只需要低成本的整流、直通滤波和低通滤波电路，就可以完成信号的非相干解调和能量的射频-直流转换，因此在IoT场景下具有极大的应用潜力。

当前学术界在无线携能通信系统的功率调整、波束赋形上已有相应研究，但主要限于理论研究和数值仿真（Xiao Y,Niyato D,Han Z,et al. Joint Optimization forPower Scheduling and Transfer in Energy Harvesting Communications[C]// IEEEGlobal Communications Conference. IEEE, 2014），或只进行了很基础的实验验证（Steven C,Ning P,Mohammad R,et al. Enhanced Biased ASK Modulation Performancefor SWIPT With AWGN Channel and Dual-Purpose Hardware[J]. IEEE Transactionson Microwave Theory Techniques, 2018, PP:1-9）。而在应用方面，目前的SWIPT系统发射机通常只能进行固定方向、固定功率的信息和能量传输，在面对不断移动的无线设备以及多个位置不同的无线设备时难以发挥出较好的性能。因此，在实际应用中设计出可以自适应调整波束方向及传输功率的SWIPT系统尤为重要。

发明内容