[发明专利]一种低成本的自适应无线信息与能量复用传输系统

摘要

本发明公开一种低成本的自适应无线信息与能量复用传输系统，该系统分为两大部分：发射子系统与接收子系统，所述发射子系统发射同时具备能量和信号的复合信号，通过自由空间传输至接收子系统；所述接收子系统把复合信号分离到通信链路和能量链路分别加以利用，实现信息与能量复用的功能；其中能量链路的能量能够供给后级负载使用，也能够供给接收子系统的通信链路使用；同时，接收子系统通过能量管理、监测与反馈，把接收子系统的实时工作性能反馈给发射子系统，发射子系统根据反馈信号调整发射性能，从而实现自校正功能，维持整个系统性能的最优。

主权项

1.一种低成本的自适应无线信息与能量复用传输系统，该系统分为两大部分：发射子系统与接收子系统，其特征在于，所述发射子系统发射同时具备能量和信号的复合信号，通过自由空间传输至接收子系统；所述接收子系统把复合信号分离到通信链路和能量链路分别加以利用，实现信息与能量复用的功能；其中能量链路的能量能够供给后级负载使用，也能够供给接收子系统的通信链路使用；同时，接收子系统通过能量管理、监测与反馈，把接收子系统的实时工作性能反馈给发射子系统，发射子系统根据反馈信号调整发射性能，从而实现自校正功能，维持整个系统性能的最优化；所述发射子系统包括：基站/移动终端(1)、数据信号处理器(2)、可变增益放大器(3)、模拟滤波器(4)、大信号载波生成器(5)、调制器(6)、射频滤波器(7)、可变增益射频功率放大器(8)、射频功率分配器阵列(9)、射频移相器阵列(10)、发射天线阵(11)、射频控制模块(12)、低速链路接收器(24)和反馈接收天线(27)；其中，基站/移动终端(1)提供原始的通信基带传输信号，依次经过数据信号处理器(2)，可变增益放大器(3)和模拟滤波器(4)进行处理，处理后的信号具备能够被调制的特性，再通过调制器(6)把大信号载波生成器(5)生成射频载波与模拟滤波器(4)输出的基带调制信号进行调制，继而输出基础的射频通信信号；基础的射频通信信号依次输入到射频滤波器(7)和可变增益射频功率放大器(8)进行进一步处理，把基础的射频通信信号转变为能量复合信号；射频滤波器(7)用于滤除在调制过程中产生的高次谐波，提高通信系统的信噪比，可变增益射频功率放大器(8)对调制并滤波后的调制信号进行可调增益的射频功率放大，使其具备能量复用信号的能级；从可变增益射频功率放大器(8)输出的能量复合信号依次通过射频功率分配器阵列(9)、射频移相器阵列(10)和发射天线阵(11)，高效并且集中地往自由空间的某个确定的方向传输；射频功率分配器阵列(9)提供等分的功率分配，使其进入射频移相器阵列(10)的不同通道，不同通道的能量分别由发射天线阵(11)辐射出去，从而形成高主瓣，低副瓣的能量波束，在空间内有效传输；发射子系统在进行能量复合信号发射的同时，也通过另外一条通信链路接收接收子系统传来的性能反馈信号，并根据反馈信号自适应地调整发射性能，从而实现自校正功能；反馈接收天线(27)接收到接收子系统传来的信号，传导到低速链路接收器(24)处理，然后传输到射频控制模块(12)；射频控制模块(12)根据反馈数据产生第一控制逻辑(25)调节射频移相器阵列(10)的相位，从而调节波束的主瓣方向；同时根据接收电压信号调节可变增益射频功率放大器(8)，从而调整发射功率大小；所述接收子系统包括：接收天线阵(13)、能量分离器(14)、谐波抑制滤波器(15)、通信接收机(16)、射频整流器(17)、直通滤波器(18)、能量管理器(19)、能量管理反馈控制器(21)、低速链路发射器(22)、反馈发射天线(23)和负载(20)；接收天线阵(13)接收传输或者空间的复合能量信号和通信信号，并通过能量分离器(14)从复合能量信号中分离出通信信号和能量信号，通信信号进入通信链路，由通信接收机(16)进行处理，能量信号进入能量链路，依次由谐波抑制滤波器(15)、射频整流器(17)和直通滤波器(18)处理，将其从射频能量高效地转化为直流能量，并由能量管理器(19)进行管理；管理后的直流能量能够储存起来，或者供给通信接收机(16)、能量管理反馈控制器(21)、低速链路发射器(22)和负载(20)使用；能量分离器(14)分离出通信信号和能量信号，大部分能量进入能量链路，依次由谐波抑制滤波器(15)、射频整流器(17)进行射频‑直流转换，谐波抑制滤波器(15)的作用是抑制整流器工作时产生的高次谐波，使谐波能量反弹到整流器做二次整流，直流能量通过直通滤波器(18)，输入到能量管理器(19)，直通滤波器(18)阻止任何工作频率以外的谐波能量进入后级，同时配合谐波抑制滤波器(15)把整流器产生的高次谐波封锁在整流器前后级之间，谐波能量在三级之间返回被整流，从而提高系统能量利用率，能量管理器(19)接收到直流能量，将能量通过直流转换手段进行动态稳定，使其输出到后级直流负载(20)和通信接收机(16)以供给接收机工作；同时，能量管理器(19)采集信号同时收集信号电平，判断接收子系统是否处于最优工作状态，并依此调整能量管理性能，以及把性能数据发送到低速链路发射器(22)，并由反馈发射天线(23)传导到自由空间，被发射子系统接收，大信号载波生成器(5)、可变增益射频功率放大器(8)、射频功率分配器阵列(9)、射频移相器阵列(10)、射频控制模块(12)、能量分离器(14)、能量管理器(19)、能量管理反馈控制器(21)、低速链路发射器(22)、反馈发射天线(23)、反馈接收天线(27)、低速链路接收器(24)、第一、二、三、四控制逻辑(25)、(26)、(28)、(29)协作共同完成自校正功能的前向链路、反馈链路和控制链路，形成自校正模式的工作。