[发明专利]一种基于激光无线能量传输系统实现携能双向通信的方法

说明书

本发明公开一种基于激光无线能量传输系统实现携能双向通信的方法，属于电通信的技术领域。该方法突破激光无线能量传输的传统思维，将连续的激光离散化成激光脉冲，由于离散化的脉冲激光相比于模拟形式的连续激光可控变量更多，因此对脉冲激光中独立于能量传输的变量进行调制，可以实现系统中能量与信息传输的融合。为实现激光无线能量传输系统的携能双向通信，首先提出了脉冲激光频移键控调制与电感电流纹波振幅键控解调的方法，以实现系统单方向的携能通信；其次，根据调制回复反射器的逆向反射特性，提出基于连续偏置激光的信息回溯调制解调方法，以实现系统中数据的上行。本发明的携能双向通信方案同步实现稳定传输能量和高速率通信。

技术领域

本发明公开一种基于激光无线能量传输系统实现携能双向通信的方法，属于电通信的技术领域。

背景技术

随着手机、平板电脑及智能手表等电子设备的日益普及，设备的供电问题也逐渐显露出来，传统的接触式供电存在移动性能差的问题，现在越来越多的设备拥有强大的硬件配置，这也带来了较高的功耗，在电池技术没有显著提高的情况下，越来越高的硬件功耗极大地缩短了电池寿命，这就使得用户需要对移动电子设备进行一天一次或多次的充电，传统接触式供电存在的线缆和距离束缚在这种充电频率比较高的情况下大大增加了用户的不便。而无线激光电能传输具有传输距离远、定向性好且功率密度高的优点，适合对需要频繁充电的移动电子设备进行远距离的非接触式充电。

激光无线能量传输系统的结构如图1所示，在发射端、电网或储能单元中的电能经激光电源提供给激光器，激光器将电能转换为激光传输出去，激光经过大气传播被接收端的高聚光型光伏电池接收，光伏电池将高能量密度的激光转换为电能，光伏电池转换的电能经过接收端的光伏电源为负载或储能单元供电。

无线激光电能传输系统在为移动电子设备供电时，光伏阵列电压、负载电压以及设备的温度、电量等信息需要作为发射端激光电源的调节依据，这就需要在传递功率的同时传递指令信息。现阶段无线激光电能传输系统大多采用的是传统的无线电通信方式，这种传统通信方式不仅易受干扰还需要多增加一套设备，提高了系统复杂度，增加了成本且降低了系统的灵活性，从而限制了该电能传输系统在一些特定空间的应用。

传统的基于激光无线电能传输系统的携能通信方法，主要通过对连续激光进行载波调制来实现的，即在激光器输入电流中注入表征信息的高频交流电流来对激光器输出的激光进行调制，然而，这种载波调制方式容易引起接收功率的波动，不利于能量的高效传输。为了使接收功率稳定，一般通过在注入的高频电流中增加补偿数据段的方式来实现能量和信息的解耦，但该方法牺牲了数据传输速率。

综上，深入探索基于激光特性的能量信息融合机制，并提出一种基于激光无线能量传输系统实现携能双向通信的方法，以同时实现系统中能量的稳定传输和高速率通信，对发展实现激光无线电能传输系统的信能一体化具有重要的意义和实用价值。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供一种基于激光无线能量传输系统实现携能双向通信的方法，在发射端调制激光电源注入半导体激光器电流的频率加载信息，通过调制后形成的离散化主激光融合传输能量与信息实现能量和数据的同时下行传输，在接收端检测光伏电源电感上电流纹波幅值的大小以实现对发射端传输的信号解调，对接收端的入射激光束进行二次调制并逆向发射传输，通过离散化回溯激光实现系统中的数据上行，实现基于激光无线能量传输系统稳定传输能量和高速率通信的发明目的，解决传统载波调试方式传输信息引起接收功率波动以及现有基于激光无线能量传输系统双向通信方案不能兼顾稳定传输能量和高速率通信的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

激光无线能量传输系统分为发射端和接收端，发射端包括调制器、激光电源和半导体激光器，接收端包括光伏阵列、调制回复反射器、解调器、光伏电源和负载。基于该激光无线能量传输系统携能双向通信的方法包括两部分：1）通过脉冲激光频移键控调制与电感电流纹波振幅键控解调，实现系统能量和数据的同时下行传输；2）基于连续偏置激光的信息回溯调制解调，实现系统数据的上行。