[发明专利]一种基于OFDM的无线电能与信号同步传输系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于OFDM的无线电能与信号同步传输系统及方法，涉及无线电能传输技术领域，其包括电能发送模块、电能接收模块、正向信号发送模块、正向信号接收模块、反向信号发送模块、反向信号接收模块、正向信号解调模块和反向信号解调模块。本发明在保证电能稳定传输的前提下，通过OFDM技术将信号调制成信号调制波，再经过原电能传输通道进行信号传输，最后再根据OFDM原理设计信号解调方案，高精度的提取信号载波，无需另外加设信号传输通道，不需要复杂的双通道设计，且不会受到多通道交叉耦合的影响，有效地抑制了电能与信号之间的串扰，实现了电能高效率传输，信号高速率的稳定传输。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种基于OFDM的无线电能与信号同步传输系统及方法。

背景技术

在无线电能传输系统(Wireless Power Transmission, WPT)的实际应用中，比如系统的闭环控制、无线传感器系统、植入医疗设备、深海测量仪等。在进行电能无线传输的同时还需要进行数字信号的传输，即实现无线电能与信号同步传输。当前，按照电能与数字信号传输通道是否分离，无线电能与信号同步传输系统主要可分为两大类：分离通道式和共享通道式。

其中，采用分离通道式的无线电能与信号同步传输系统体积较大，成本较高，且多通道交叉耦合会增大系统的建模、设计及控制难度。为提高系统紧凑性和可实现性同时降低成本，使用共享通道实现电能与信号同步传输的方式成为了研究热点。共享通道式的无线电能与信号同步传输系统是利用无线电能传输系统原有的电能传输通道来实现信号无线传输的。信号源经通过信号调制模块调制后进入电能传输通道，到达信号接收端后，再由信号提取模块提取后进入信号接收模块，最终由信号解调模块解调得到数字信号。从而实现原副边的通信。

在无线电能与信号同步传输系统中，最重要的性能指标就是电能传输功率、电能传输效率、信号传输速率和信号误码率。由于共享通道中谐振电路的谐振频率是一定的，因此在保证电能大功率、高效率传输的前提下，信号传输效果的好坏就是无线电能与信号同步传输系统研究的重点。

在传统的通信系统中，一般采用正弦波作为信号载波，与基带信号相乘，调制后的模拟信号传输至接收侧，通过接收侧的硬件电路检测波形的幅值、频率或者相位来获得相应的数字信息。正弦波信号调制方法有：通过改变载波信号的振幅大小来代表信号的幅移键控信号调制法(ASK)；通过改变载波信号的振荡频率大小来代表信号的频移键控信号调制法(FSK)以及通过改变载波信号的相位来代表信号的相移键控信号调制法(PSK)。现有技术存在的缺陷包括：

1、由于接收侧是通过分析载波的幅值、频率或者相位来还原数字信号的，这就要求信号载波在信号传递中的衰减不能太大，否则接受侧将无法检测到信号载波的幅值、频率和相位。而在无线通信中，由于气隙的存在，信号传输的衰减会很明显，这就要求信号载波必须以较高的频率传输。而这一需求会加大系统的设计难度。

2、为保证信号载波能在接收侧被准确地解调，通常需要将信号调制周期设置为若干倍的信号载波频率，以提高解调的准确度。这就导致信号传输速率与信号载波频率紧密相关，信号传输速率往往仅为信号载波频率的若干份之一，而一个无线通信系统传输的载波信号频率往往受限于误码率或者电路硬件，这样同样限制了信号传输速率。

3、采用载波对信号进行调制，是一个数字量变模拟量的过程，传输过程采用的信号是模拟信号，而模拟信号相对于数字信号更易受到干扰，因此在接受侧解调得到的信号可能会产生误码。

4、载波信号获取过程中需要较大的滤波器才能滤除主功率的大信号。

产生上诉缺点的原因是因为采用了载波对信号进行了调制，使得传输方式变成了模拟信号传输，加大了受干扰的程度。且由于采用的信号解调方案并不能准确的将原始信号从采样信号中提取出来，从而降低了信号传输的速率以及准确率。

发明内容