CN104682988B - 无线通信设备及无线通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信设备，包括：信号发射装置，用于将目标信号调制到传播媒介中已有的无线信号中，形成调制信号，并发射所述调制信号；信号接收装置，用于接收所述调制信号，过滤所述调制信号并解调，获得所述目标信号；本发明还提供如上的无线通信设备相应的通信方法。本发明提供的无线通信设备中，信号的发送与接收所需的能耗完全可以由传播媒介中现有的无线电信号产生的电能进行供电，做到了无需任何额外电能支持的无线通信，实现了超低能耗的无线通信。

Description

无线通信设备及无线通信方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信设备及无线通信方法。

背景技术

无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。通信设备将信号经过调制成为特定的电磁波，再通过功率放大由天线发射出去，而接收设备经由天线接收到信号后，再检波出原有的信号并还原信号。

目前已有的无线通信设备主要通过将需要传送的信息调制到高频电信号中，再将电信号转换成为特定的电磁波进行信息的传输；在电磁波的接收端，需要将接收的电磁波经过放大、混频以及检波等步骤，还原出传送的信息。现有的无线通信设备在发送端和接收端都需要较大的电能消耗。即使是无线射频技术中的电子标签，也需要特定的阅读器发送信号作为驱动，无法做到不需要另外的设备以及能耗支持。由于当前传感器网络等技术的高速发展，如果使用现有的通信技术，那么如何给遍布的传感器或物体提供持续有效地电能变得十分重要，而这一点目前还没有妥善的解决办法。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种超低能耗的无线通信设备及无线通信方法，只利用设备周边环境的传播媒介中现有的无线信号产生的微量电能提供整个设备需要的发射与接收的能耗。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种无线通信设备，包括：

信号发射装置，用于将目标信号调制到传播媒介中已有的无线信号中，形成调制信号，并发射所述调制信号；

信号接收装置，用于接收所述调制信号，过滤所述调制信号并解调，获得所述目标信号。

其中，所述目标信号是由高电平和低电平组成的信号。

其中，所述信号发射装置包括一双极天线和一开关元件，所述开关元件连接所述双极天线的两级；当所述开关元件断开时，所述双极天线的两极阻抗平衡，反射较小波幅的传播媒介中已有的无线信号，形成低电平调制的调制信号；当所述开关元件导通时，所述双极天线的两极阻抗不平衡，反射较大波幅的传播媒介中已有的无线信号，形成高电平调制的调制信号。

其中，所述开关元件为MOS晶体管。

其中，所述信号接收装置包括：

接收天线，接收所述信号发射装置发射的调制信号；

低通滤波模块，过滤所述调制信号中的无线信号；

解调模块，解调过滤后的调制信号，获得所述目标信号。

其中，所述低通滤波模块包括一二极管以及第一电容，所述二极管的正端连接到所述接收天线接收到的调制信号，负端作为低通滤波模块的输出端连接到所述解调模块；所述所述二极管的负端还连接到所述第一电容，第一电容的另一端与地电性连接。

其中，所述解调模块包括一比较器、第一电阻、第二电阻以及第二电容，所述比较器的同相输入端连接到所述低通滤波模块的输出端，所述比较器的反相输入端分别连接到所述第一电阻、第二电阻以及第二电容，所述第一电阻的另一端连接到所述低通滤波模块的输出端，所述第二电阻的另一端与地电性连接，所述第二电容的另一端与地电性连接；所述比较器的输出端输出解调后获得的目标信号。

本发明的另一方面是提供一种无线通信方法，该方法包括步骤：

S101、由信号发射装置将目标信号调制到传播媒介中已有的无线信号中，形成调制信号，并发射所述调制信号；

S102、由信号接收装置接收所述调制信号，过滤所述调制信号并解调，获得所述目标信号。

其中，所述目标信号是由高电平和低电平组成的信号。

与现有技术相比，本发明提出的无线通信设备以及通信方法，基于设备周边环境的传播媒介中现有的无线信号，将目标信号调制于传播媒介中现有的无线信号进行发送，因此发送模块以超低能耗的方式将无线电信号叠加新的信号进行发送，并且在接收模块同样以超低能耗接收信号并进行解码。在实际运作过程中，信号的发送与接收所需的能耗完全可以由传播媒介中现有的无线电信号产生的电能进行供电，做到了无需任何额外电能支持的无线通信，实现了超低能耗的无线通信。

附图说明

图1是本发明一实施例中的无线通信设备的示意性框图。

图2是本发明一实施例中的信号发射装置的示意图。

图3是本发明一实施例中的信号接收装置的示意图。

图4是本发明一实施例中的无线通信方法的流程图。

具体实施方式

如前所述，本发明的目的是提供一种无线通信设备，该设备可以实现超低能耗的无线通信，信号的发送与接收所需的能耗完全可以由传播媒介中现有的无线电信号产生的电能进行供电，做到了无需任何额外电能支持的无线通信。该无线通信设备包括：信号发射装置，用于将目标信号调制到传播媒介中已有的无线信号中，形成调制信号，并发射所述调制信号；信号接收装置，用于接收所述调制信号，过滤所述调制信号并解调，获得所述目标信号。

下面将结合附图用实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供的无线通信设备包括信号发射装置1和信号接收装置2，其中，信号发射装置1用于将目标信号调制到传播媒介中已有的无线信号3中，形成调制信号，并发射所述调制信号；信号接收装置2用于接收所述调制信号，过滤所述调制信号并解调，获得所述目标信号。

具体的，参阅图2，信号发射装置1包括一双极天线11和一开关元件12，开关元件12连接所述双极天线11的两级；当所述开关元件12断开时，所述双极天线11的两极阻抗平衡，反射较小波幅的传播媒介中已有的无线信号3，形成低电平调制的调制信号；当所述开关元件12导通时，所述双极天线11的两极阻抗不平衡，反射较大波幅的传播媒介中已有的无线信号3，形成高电平调制的调制信号；本实施例中，所述开关元件12为MOS晶体管。

具体的，参阅图3，信号接收装置2包括：接收天线21、低通滤波模块22以及解调模块23。接收天线21用于接收信号发射装置1发射的调制信号；低通滤波模块22用于过滤所述调制信号中的无线信号；解调模块23用于解调过滤后的调制信号，获得所述目标信号。

其中，低通滤波模22块包括一二极管D以及第一电容C1，所述二极管D的正端连接到所述接收天线21接收到的调制信号，负端作为低通滤波模块22的输出端连接到所述解调模块23；所述所述二极管D的负端还连接到所述第一电容C1，第一电容C1的另一端与地电性连接。

其中，解调模块23包括一比较器OP、第一电阻R1、第二电阻R2以及第二电容C2，所述比较器OP的同相输入端连接到所述低通滤波模块22的输出端，所述比较器OP的反相输入端分别连接到所述第一电阻R1、第二电阻R2以及第二电容C2，所述第一电阻R1的另一端连接到所述低通滤波模块22的输出端，所述第二电阻R2的另一端与地电性连接，所述第二电容C2的另一端与地电性连接；所述比较器OP的输出端输出解调后获得的目标信号。

如图4所示，如上提供的无线通信设备的通信方法包括步骤：S101、由信号发射装置1将目标信号调制到传播媒介中已有的无线信号3中，形成调制信号，并发射所述调制信号；S102、由信号接收装置2接收所述调制信号，过滤所述调制信号并解调，获得所述目标信号。

下面以传送信号“1”和“0”为例进行说明，信号“1”对应高电平V_H，信号“1”对应高电平V_L。

在信号发射装置1中，当需要传送信号“0”时，将开关元件12断开，此时双极天线11的两极阻抗平衡，反射较小波幅的传播媒介中已有的无线信号3中，形成低电平V_L调制的调制信号；当需要传送信号“1”时，将开关元件12导通，此时双极天线11的两极阻抗不平衡，反射较大波幅的传播媒介中已有的无线信号3，形成高电平V_H调制的调制信号。

在信号接收装置2中，对于低通滤波模22，当输入信号的电压大于第一电容C1的电压时，二极管D导通，并对第一电容C1进行供电；当输入信号的电压比第一电容C1的电压小时，二极管截止，并且第一电容C1通过解调模块23中的第一电阻R1和第二电阻R2缓慢放电，第一电容C1降压的速率由第一电容C1以及第一电阻R1和第二电阻R2的乘积（C1*（R1+R2））决定。高频信号无法在电容较慢放电时通过，通过调整两个电阻的大小，本模块可以获得一个有效电容，从而整个模块可以作为一个低通滤波器对信号进行过滤，去除接收到的调制信号中的高频部分（对应于传播媒介中已有的无线信号3），仅留下低频的信号（对应于需要传送的目标信号）。其中，可以按照以下关系确定第一电容C1以及第一电阻R1和第二电阻R2是值：假定传播媒介中已有的无线信号的频率为f1，本系统要传送的目标信号的频率为f2，其中f1>f2，那么放电速率p应满足条件其中p=C1*（R1+R2），因此，通过确定传播媒介中已有的无线信号的频率以及要传送的目标信号的参数，进而可以确定所需要的电容值及电阻值。

对于解调模块23，比较器OP的同相输入端连接到所述低通滤波模块22的输出端，接收滤波后的信号；比较器OP的反相输入端分别连接到所述第一电阻R1、第二电阻R2以及第二电容C2，所述第一电阻R1的另一端连接到所述低通滤波模块22的输出端，所述第二电阻R2的另一端与地电性连接，所述第二电容C2的另一端与地电性连接；所述比较器OP的输出端输出解调后获得的目标信号。在此电路中，第一电阻R1、第二电阻R2以及第二电容C2对连接到比较器OP的反相输入端的电压值进行均衡：当低通滤波模块22输出高电平V_H时，连接到比较器OP的反向输入端的电路中会给第二电容C2充电，实际到达比较器OP的反向输入端的电压会低于V_H；而当低通滤波模块22输出高电平V_L时，连接到比较器OP的反向输入端的电路中，第二电容C2放电，使得实际到达比较器OP的反向输入端的电压会高于V_L；因此，比较器OP的反向输入端的电压值被限制在临界值（V_H+V_L）/2附近，当比较器OP的同相输入端接收到的低通滤波模块22输出的信号为高电平V_H时，比较器OP的输出端输出一个高电平，即输出信号“1”；当比较器OP的同相输入端接收到的低通滤波模块22输出的信号为高电平V_L时，比较器OP的输出端输出一个低电平，即输出信号“0”，解码完成，获得需要传送的目标信号。以上所指的临界值是指的介于V_H与V_L之间的值，只要该临界值介于两者之间，即可使用该比较器区分V_H与V_L。

作为一个具体的验证过程,按照本实施例提供的无线通信设备，在周边环境存在一个1MW的539MHz的电视塔的无线信号时，在室内与室外均进行了测试，在0.6米距离以1kbps的速率进行信号传输以及在0.75米的距离以100bps的速率进行信号传输时，误码率均小于0.0001。

综上所述，本发明提出的无线通信设备以及通信方法，基于设备周边环境的传播媒介中现有的无线信号，将目标信号调制于传播媒介中现有的无线信号进行发送，因此发送模块以超低能耗的方式将无线电信号叠加新的信号进行发送，并且在接收模块同样以超低能耗接收信号并进行解码。在实际运作过程中，信号的发送与接收所需的能耗完全可以由传播媒介中现有的无线电信号产生的电能进行供电，做到了无需任何额外电能支持的无线通信，实现了超低能耗的无线通信。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种无线通信设备，其特征在于，包括：

信号发射装置，用于将目标信号调制到传播媒介中已有的无线信号中，形成调制信号，并发射所述调制信号；其中，所述目标信号是由高电平和低电平组成的信号；所述信号发射装置包括一双极天线和一开关元件，所述开关元件连接所述双极天线的两级；当所述开关元件断开时，所述双极天线的两极阻抗平衡，反射较小波幅的传播媒介中已有的无线信号，形成低电平调制的调制信号；当所述开关元件导通时，所述双极天线的两极阻抗不平衡，反射较大波幅的传播媒介中已有的无线信号，形成高电平调制的调制信号；

信号接收装置，用于接收所述调制信号，过滤所述调制信号并解调，获得所述目标信号；所述信号接收装置包括：

接收天线，接收所述信号发射装置发射的调制信号；

低通滤波模块，过滤所述调制信号中的无线信号；

解调模块，解调过滤后的调制信号，获得所述目标信号；

其中，所述低通滤波模块包括一二极管以及第一电容，所述二极管的正端连接到所述接收天线接收到的调制信号，负端作为低通滤波模块的输出端连接到所述解调模块；所述所述二极管的负端还连接到所述第一电容，第一电容的另一端与地电性连接；

其中，所述解调模块包括一比较器、第一电阻、第二电阻以及第二电容，所述比较器的同相输入端连接到所述低通滤波模块的输出端，所述比较器的反相输入端分别连接到所述第一电阻、第二电阻以及第二电容，所述第一电阻的另一端连接到所述低通滤波模块的输出端，所述第二电阻的另一端与地电性连接，所述第二电容的另一端与地电性连接；所述比较器的输出端输出解调后获得的目标信号。

2.根据权利要求1所述的无线通信设备，其特征在于，所述开关元件为MOS晶体管。