CN104753131B - 一种无线充电方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线充电方法及系统，基于无线充电单元的信道状态信息对多个无线射频单元进行分组，结合本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数，并依据信道校准参数对无线射频单元的上行信道进行校准以得到下行信道。然后基于信道状态信息和信道校准参数得到每个无线射频单元的匹配参数，依据匹配参数对无线射频单元中的能量信号进行预编码，经过预编码后的能量信号在发送后自动聚焦于认证通过的无线充电单元所在位置，使得无线充电单元中能量信号聚焦加强，因此当无线射频单元与无线充电单元距离较远的情况下，无线充电单元仍可以接收到较强的电能提供给电子设备，从而实现对电子设备的远程充电以及为移动中电子设备提供电能。

Description

一种无线充电方法及系统

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，更具体地说，涉及一种无线充电方法及系统。

背景技术

随着移动通信技术的不断发展，各种移动电子设备层出不穷，给用户的工作和生活带来了极大的便利。然而，这些移动电子设备的电池续航能力有限，从而大大限制了用户体验，甚至会给用户带来很大困扰。

为解决这一问题，目前普遍采用无线充电设备对移动电子设备进行充电，其中无线充电设备是一种在不借助电线的情况下，利用磁铁立即为一个以上的移动电子设备充电的设备。其工作原理为：首先磁场提供设备利用电流通过其内线圈为无线充电单元所在环境产生变化的磁场；其次位于移动电子设备中的无线充电设备的线圈感应其所处环境中磁场变化后，将磁场变换转换为电流，进而完成对移动电子设备的无线充电。

然而，由于无线充电设备对感应磁场变化的效果具有极大的影响，其要求无线充电设备与磁场提供设备之间的距离很近，甚至相互贴近，当两者距离稍远时，无线充电设备内的线圈无法感应到磁场变化，从而无法对移动电子设备进行充电。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无线充电方法及系统，用于对电子设备进行远程充电，并能够对移动中的电子设备进行充电。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种无线充电方法，应用于无线充电系统中，所述无线充电方法包括：

获取所述无线充电系统中无线充电单元的上行信道的信道状态信息和所述无线充电单元的身份信息；

基于所述信道状态信息对所述无线充电系统中的多个无线射频单元进行分组，并基于所述信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数，依据所述信道校准参数，对所述无线射频单元的上行信道进行校准以得到下行信道；

基于所述信道状态信息和所述信道校准参数得到为每个所述无线充电单元选择的无线射频单元组的匹配参数，其中所述基于所述信道状态信息和所述信道校准参数得到每个所述无线射频单元的匹配参数，包括：

依据公式 $(p_1\mathrm{\ω},...p_i{\mathrm{\ω}}_i,...,p_N{\mathrm{\ω}}_N)\left(\begin{array}{c}{h}_1\\ .\\ .\\ .\\ h_i\\ .\\ .\\ .\\ h_N\end{array}\right)=C$ 得到每个所述无线射频单元的匹配参数，其中ω_i为第i个无线射频单元的匹配参数，p_i为第i个无线射频单元的发射功率，h_i为所述无线充电单元到第i个无线射频单元的下行信道的信道状态信息，N为所述无线充电系统中所述无线射频单元的总个数；

依据所述无线充电单元的身份信息，查找认证通过的所述无线充电单元；

依据所述匹配参数对所述无线射频单元中的能量信号进行预编码，经过预编码的能量信号在发送后将自动聚焦于认证通过的无线充电单元所在位置，以使所述无线充电单元从预编码后的能量信号中提取出发送的电磁波能量，并将所述电磁波能量转换为电能来为电子设备进行充电。

优选地，所述获取所述无线充电系统中无线充电单元的上行信道的信道状态信息和所述无线充电单元的身份信息，包括：

从所述无线充电单元发送的无线信道探测信号中提取导频序列；

通过估计算法从所述导频序列中估计出所述信道状态信息；

利用信号分类算法并结合所述信道状态信息，从所述无线信道探测信号中提取出伪随机序列，所述伪随机序列用于表示所述无线充电单元的身份信息。

优选地，基于所述信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数，包括：

以每组无线射频单元中的一个无线射频单元作为参考无线射频单元，将所述参考无线射频单元和对应组内剩余的所述无线射频单元的信道状态信息和本地校准信息进行比对，得到每组无线射频单元的信道校准参数。

本发明还提供一种无线充电系统，所述无线充电系统包括：至少一个无线充电单元、中心控制单元和多个无线射频单元；其中，

所述无线充电单元，用于发送上行信道的无线信道探测信号，所述无线信道探测信号用于指示所述上行信道的信道状态信息以及所述无线充电单元的身份信息；

所述无线射频单元，用于从所述无线信道探测信号中获取所述上行信道的信道状态信息和所述无线充电单元的身份信息，以及用于依据所述中心控制单元发送的匹配参数对所述无线射频单元中的能量信号进行预编码，经过预编码的能量信号在发送后将自动聚焦于所认证通过的无线充电单元所在位置，以使所述无线充电单元从预编码后的能量信号中提取出发送的电磁波能量，并将所述电磁波能量转换为电能来为电子设备进行充电；

所述中心控制单元，用于基于所述信道状态信息和信道校准参数得到为每个所述无线充电单元选择的无线射频单元组的匹配参数，并依据无线充电单元的身份信息，查找认证通过的所述无线充电单元，以及用于基于所述信道状态信息和本地校准信息对所述多个无线射频单元进行分组，得到每组无线射频单元的信道校准参数来控制每个所述无线射频单元依据所述信道校准参数对自身的上行信道进行校准以得到下行信道；

其中所述基于所述信道状态信息和所述信道校准参数得到每个所述无线射频单元的匹配参数，包括：

依据公式 $(p_1{\mathrm{\ω}}_1,...p_i{\mathrm{\ω}}_i,...,p_N{\mathrm{\ω}}_N)\left(\begin{array}{c}{h}_1\\ .\\ .\\ .\\ h_i\\ .\\ .\\ .\\ h_N\end{array}\right)=C$ 得到每个所述无线射频单元的匹配参数，其中ω_i为第i个无线射频单元的匹配参数，p_i为第i个无线射频单元的发射功率，h_i为所述无线充电单元到第i个无线射频单元的下行信道的信道状态信息，N为所述无线充电系统中所述无线射频单元的总个数。

优选地，所述无线射频单元包括：无线电信号接收模块、无线信道特征提取模块、同步模块、通道校准模块、能量发送预处理模块、无线电能量信号发射模块、供电模块和控制接口模块；其中，

所述无线电信号接收模块、用于接收所述无线充电单元发送的无线信道探测信号；

所述无线信道特征提取模块，用于从所述无线信道探测信号中导频序列，通过估计算法从所述导频序列中估计出所述信道状态信息，以及用于利用信号分类算法并结合所述信道状态信息，从所述无线信道探测信号中提取出伪随机序列，所述伪随机序列用于表示所述无线充电单元的身份信息；

所述同步模块，用于定时同步多个所述无线射频单元；

所述通道校准模块，用于依据所述信道校准参数，对所述无线射频单元的上行信道进行校准以得到下行信道；

所述能量发送预处理模块，用于依据所述匹配参数对所述无线射频单元中的能量信号进行预编码，得到预编码后的能量信号；

所述无线电能量信号发射模块，用于发送预编码后的能量信号；

所述控制接口模块，用于与所述中心控制单元进行信息交互；

所述供电模块，用于为所述无线射频单元中的各个模块提供电能。

优选地，所述中心控制单元包括：多个控制接口模块、联合通道校准模块、分组与协作控制模块、联合控制模块和供电模块；其中，

每个所述控制接口模块，用于与所述无线射频单元进行信息交互，且所述控制接口模块的数量大于等于所述无线射频单元的数量；

所述联合通道校准模块，用于基于信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数；

所述分组与协作控制模块，用于基于所述信道状态信息对所述多个无线射频单元进行分组；

所述联合控制模块，用于对所述无线射频单元和所述中心控制单元中的数据进行交换、处理与控制，以得到每个所述无线充电单元与对应的每组无线射频单元的匹配参数和认证通过的所述无线充电单元；

所述供电模块，用于对所述中心控制单元中的各个模块提供电能。

优选地，所述无线充电单元包括：无线电信号发送模块、基带处理模块、数据信息管理模块、无线电信号接收模块、能量转换模块、能量管理模块和能量输出接口模块；其中，

所述数据信息管理模块，用于拼接所述无线充电单元的身份信息和导频序列，得到数字信号；

所述基带处理模块，用于对数字信号进行基带信号处理，得到上行信道的无线信道探测信号，并触发所述无线电信号发送模块发送所述无线信道探测信号，所述无线信道探测信号用于指示所述上行信道的信道状态信息以及所述无线充电单元的身份信息；

所述无线电信号接收模块，用于接收预编码后的能量信号；

所述能量转换模块，用于从预编码后的能量信号中提取出电磁波能量，并将所述电磁波能量进行整流，得到直流电；

所述能量管理模块，用于对所述直流电进行管理和存储；

所述能量输出接口模块，用于将所述直流电的第一部分提供给所述无线电信号发送模块，并将所述直流电的第二部分提供给移动电子设备进行充电。与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提供的无线充电方法及系统，基于信道状态信息对无线充电系统中的多个无线射频单元进行分组，结合本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数，并依据信道校准参数对无线射频单元的上行信道进行校准以得到下行信道。然后基于信道状态信息和信道校准参数得到为每个无线充电单元选择的无线射频单元组的匹配参数，依据匹配参数对无线射频单元中的能量信号进行预编码，经过预编码后的能量信号在发送后自动聚焦于认证通过的无线充电单元所在位置，使得无线充电单元中的能量信号聚焦加强，因此当无线射频单元与无线充电单元距离较远的情况下，无线充电单元仍可以接收到较强的电能提供给电子设备，从而实现对电子设备的远程充电。

并且本发明可以基于信道状态信息得到的信道校准参数对上行信道进行校准，使得无线射频单元可以利用实时的上行信道的信道状态信息获得下行信道的信道状态信息，然后每个无线射频单元利用下行信道的信道状态信息向无线充电单元发送预编码后的能量信号，进一步使得无线充电单元中的能量信号聚焦加强，从而可以为移动中的无线充电单元及其相连的电子设备提供电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的无线充电方法的流程图；

图2为图1所示无线充电方法中步骤101的流程图；

图3为本发明实施例提供的无线充电系统的结构示意图；

图4为图3所示无线充电系统中无线射频单元13的结构示意图；

图5为图3所示无线充电系统中中心控制单元12的结构示意图；

图6为图3所示无线充电系统中无线充电单元11的结构示意图；

图7为无线射频单元中无线电信号接收模块和无线信道特征提取模块的部分结构示意图；

图8为本发明实施例提供的无线射频单元中认证与同步模块的结构示意图；

图9为本发明实施例中无线射频单元中无线电能量信号发射模块的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的无线充电单元中无线电信号发送模块的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的无线充电单元中无线电接收模块和能量转换模块的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的中心控制单元中分组与协作控制模块的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的中心控制单元中联合通道校准模块的结构示意图；

图14为本发明实施例提供的中心控制单元中联合控制模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的无线充电方法的一种流程图，该无线充电方法应用于无线充电系统中，可以包括以下步骤：

101：获取无线充电系统中无线充电单元的上行信道的信道状态信息和无线充电单元的身份信息。在本发明实施例中，无线充电单元的上行信道的信道状态信息和无线充电单元的身份信息被携带于无线充电单元发送的上行信道的无线信道探测信号中，无线信道探测信号被发送至无线射频单元中，使得无线射频单元可以实时获知无线充电单元的上行信道的信道状态信息。

在本发明实施例中，无线信道探测信号可以被周期性发送至无线射频单元中，以便于无线射频单元可以及时接收无线信道探测信号，其中周期性发送可以是按照预定时间周期性发送，如每间隔10ms发送一次无线信道探测信号。

无线射频单元在接收到无线信道探测信号后，需要从无线信道探测信号中提取出上行信道的信道状态信息和身份信息，其过程可以如图2所示，包括以下步骤：

1011：从无线充电单元发送的无线信道探测信号中提取导频序列。

1012：通过估计算法从导频序列中估计出信道状态信息。其中导频序列用于指示上行信道的信道状态信息，通过现有的估计算法可以从导频序列中估计出信道状态信息的幅度信息和相位信息。

1013：利用信号分类算法并结合信道状态信息，从无线信道探测信号中提取出伪随机序列，伪随机序列用于表示无线充电单元的身份信息。

在本发明实施例中，伪随机序列是无线充电系统预先分配给无线充电单元的，且每个无线充电单元中的伪随机序列各不相同，以此来区分无线充电单元。并且用于表示无线充电单元的身份信息的伪随机序列在无线信道探测信号中与信道状态信息卷积，因此若想从无线信道探测信号中提取出伪随机序列则可以通过现有信号分类算法将伪随机序列与信道状态信息分离，从而得到表示无线充电单元的身份信息的伪随机序列。

102：基于信道状态信息对无线充电系统中的多个无线射频单元进行分组，并基于信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数，依据信道校准参数，对无线射频单元的上行信道进行校准以得到下行信道。

在本发明实施例中，基于信道状态信息对多个无线射频单元进行分组的可行方式可以是：基于信道状态信息所指示的上行信道的信道质量好坏对多个无线射频单元进行分组，如将较好信道质量对应的无线射频单元分为一组。进一步在分组过程中还可以将较差信道质量对应的无线射频单元抛弃，这样在后续处理过程中可以降低处理的工作量，既降低复杂度又避免资源浪费。

在基于信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数中，需要在每组无线射频单元中选取一个无线射频单元作为参考无线射频单元，将参考无线射频单元和对应组内剩余的无线射频单元的信道状态信息和本地校准信息进行比对，得到每组无线射频单元的信道校准参数。其中信道校准参数用于指示组内无线射频单元之间的信道状态信息对比情况，因此可以以参考无线射频单元的信道状态信息为准，在将组内剩余的无线射频单元的信道状态信息与参考无线射频单元的信道状态信息保持一致时得到的对比参数作为每个无线射频单元的信道校准参数。

本地校准信息是以所有无线射频单元中的参考无线射频单元为发送单元，剩余无线射频单元为接收单元来得到接收单元相对于发送单元的本地校准信息，依次类推直至得到所有无线射频单元中的每个无线射频单元相对于其他无线射频单元的本地校准信息，并且本地校准信息在无线充电系统开启时得到。

如第一组内有4个无线射频单元，分别记为无线射频单元1、无线射频单元2、无线射频单元3和无线射频单元4，且无线射频单元1为参考无线射频单元。将无线射频单元2至4相对于无线射频单元1的本地校准信息分别与无线射频单元1的信道状态信息进行比对，得到作为每个无线射频单元的信道校准参数的对比参数。

相应的，每个无线射频单元的下行信道则可以为：h_i＝h′_iθ_i通过该公式可以对无线射频单元的上行信道进行校准，其中h_i为第i个无线射频单元的下行信道的信道状态信息，h′_i为第i个无线射频单元的上行信道的信道状态信息，θ_i为第i个无线射频单元的信道校准参数。

通过上述校准方式可以使得无线射频单元在向无线充电单元发送预编码后的能量信号时，使得多个无线射频单元的下行通道可以相互匹配。仍以上述4个无线射频单元为例，如果4个无线射频单元同时向一个无线充电单元发送预编码后的能量信号，则上述4个无线射频单元的下行通道依次为：各自的上行通道天线与[1，θ₂，θ₃，θ₄]中对应元素相乘，即可以补偿上下行信道本身带来的不匹配。

103：基于信道状态信息和信道校准参数得到为每个所述无线充电单元选择的无线射频单元组。其中中心控制单元可以为每个无线充电单元选择无线射频单元组，且所选择的无线射频单元组是经过步骤102分组后的得到的无线射频单元组。

在本发明实施例中可以依据下述公式：

$(p_1{\mathrm{\ω}}_1,...p_i{\mathrm{\ω}}_i,...,p_N{\mathrm{\ω}}_N)\left(\begin{array}{c}{h}_1\\ .\\ .\\ .\\ h_i\\ .\\ .\\ .\\ h_N\end{array}\right)=C$ 得到每个无线射频单元的匹配参数，其中ω_i为第i个无线射频单元的匹配参数，p_i为第i个无线射频单元的发射功率，h_i为无线充电单元到第i个无线射频单元的下行信道的信道状态信息，N为无线充电系统中无线射频单元的总个数。

104：依据无线充电单元的身份信息，查找认证通过的无线充电单元。其过程可以是：中心控制单元查找所得到的伪随机序列是否存在于本地存储的合法身份信息列表中，如果存在则判定无线充电单元的身份认证通过，否则判定无线充电单元的身份认证未通过。

105：依据匹配参数对无线射频单元中的能量信号进行预编码，经过预编码的能量信号在发送后将自动聚焦于认证通过的无线充电单元所在位置，以使所述无线充电单元从预编码后的能量信号中提取出发送的电磁波能量，并将所述电磁波能量转换为电能来为电子设备进行充电。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的无线充电方法，基于信道状态信息对无线充电系统中的多个无线射频单元进行分组，结合本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数，并依据信道校准参数对无线射频单元的上行信道校准以得到下行信道。然后基于信道状态信息和信道校准参数得到为每个无线充电单元选择的无线射频单元组的匹配参数，依据匹配参数对无线射频单元中的能量信号进行预编码，经过预编码后的能量信号在发送后自动聚焦于认证通过的无线充电单元所在位置，使得无线充电单元中的能量信号聚焦加强，因此当无线射频单元与无线充电单元距离较远的情况下，无线充电单元仍可以接收到较强的电能提供给电子设备，从而实现对电子设备的远程充电。

并且本发明实施例可以基于信道状态信息得到的信道校准参数对上行信道进行校准，使得无线射频单元可以利用实时的上行信道的信道状态信息获得下行信道的信道状态信息，然后每个无线射频单元利用下行信道的信道状态信息向无线充电单元发送预编码后的能量信号，进一步使得无线充电单元中的能量信号聚焦加强，从而可以为移动中的电子设备提供电能。

在这里说明一点：多个无线射频单元和中心控制单元共同组成发射端，无线充电单元是接收端，远距离是指发送端与接收端之间距离远。无线充电单元与电子设备即可以用有线连接，也可以将无线充电单元集成在电子设备中为其充电。

此外，本发明实施例可以由多个无线射频单元同时向一个无线充电单元发送预编码后的能量信号，这样每个无线射频单元在使用较低的发射功率的情况下仍可以使无线充电单元接收到能量信号。因此在无线射频单元的发射功率降低的情况下，其对周围环境的辐射也被降低。

在这里需要注意的一点是：由于无线信道的多样性、唯一性，无线充电单元所在空间位置差异引起的下行信道大不同，各个无线射频单元发送的能量信号到达除了在无线充电单元所在位置以外的任何地方均不会叠加，即相互影响，变成一个噪声信号。

与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还提供一种无线充电系统，其结构示意图如图3所示，可以包括：至少一个无线充电单元11、中心控制单元12和多个无线射频单元13。在本发明实施例中无线充电系统工作在TDD(TimeDivisionDuplexing，时分双工)模式，并且在图3中以两个无线充电单元11和五个无线射频单元13为例，并给出三个单元之间的信号走向。其中，

无线充电单元11，用于发送上行信道的无线信道探测信号(图3中的上行探测信号)，其中无线信道探测信号用于指示上行信道的信道状态信息以及无线充电单元11的身份信息，在无线信道探测信号中携带有导频序列和伪随机序列，导频序列可以用来估计出上行信道的信道状态信息，伪随机序列则用于指示无线充电单元11的身份信息。

无线射频单元13，用于从无线信道探测信号中获取上行信道的信道状态信息和无线充电单元11的身份信息，以及用于依据中心控制单元12发送的匹配参数对无线射频单元13中的能量信号进行预编码，经过预编码的能量信号在发送后将自动聚焦于所认证通过的无线充电单元11所在位置，以使所述无线充电单元11从预编码后的能量信号中提取出发送的电磁波能量，并将所述电磁波能量转换为电能来为电子设备进行充电，其中认证通过的无线充电单元11通过身份信息来认证。

无线射频单元13在接收到无线信道探测信号后，需要从无线信道探测信号中提取出上行信道的信道状态信息和身份信息，其过程可以如下：

首先，从无线充电单元11发送的无线信道探测信号中提取导频序列；其次，通过估计算法从导频序列中估计出信道状态信息。其中导频序列用于指示上行信道的信道状态信息，通过现有的估计算法可以从导频序列中估计出信道状态信息的幅度信息和相位信息；最后利用信号分类算法并结合信道状态信息，从无线信道探测信号中提取出伪随机序列，伪随机序列用于表示无线充电单元11的身份信息。

在本发明实施例中，伪随机序列是无线充电系统预先分配给无线充电单元11的，且每个无线充电单元11中的伪随机序列各不相同，以此来区分无线充电单元11。并且用于表示无线充电单元11的身份信息的伪随机序列在无线信道探测信号中与信道状态信息卷积，因此若想从无线信道探测信号中提取出伪随机序列则可以通过现有信号分类算法将伪随机序列与信道状态信息分离，从而得到表示无线充电单元11的身份信息的伪随机序列。

中心控制单元12，用于基于信道状态信息和信道校准参数得到为每个所述无线充电单元11选择的无线射频单元组的匹配参数，并依据无线充电单元11的身份信息，查找认证通过的无线充电单元11，以及用于基于信道状态信息对多个无线射频单元13进行分组，得到每组无线射频单元13的信道校准参数来控制每个无线射频单元13依据信道校准参数对自身的上行信道进行校准以得到下行信道。

在本发明实施例中，中心控制单元12中存储有合法身份信息列表，其通过查找所得到的伪随机序列是否存在于本地存储的合法身份信息列表中来认证无线充电单元11，如果所得到的伪随机序列存在于本地存储的合法身份信息列表中，则判定无线充电单元的身份认证通过，否则判定无线充电单元的身份认证未通过。

在本发明实施例中，中心控制单元12基于信道状态信息对多个无线射频单元进行分组的可行方式可以是：基于信道状态信息所指示的上行信道的信道质量好坏对多个无线射频单元13进行分组，如将较好信道质量对应的无线射频单元13分为一组。进一步在分组过程中还可以将较差信道质量对应的无线射频单元13抛弃，这样在后续处理过程中可以降低处理的工作量，既降低复杂度又避免资源浪费。

在基于信道状态信息得到每组无线射频单元13的信道校准参数中，需要在每组无线射频单元13中选取一个无线射频单元13作为参考无线射频单元，将参考无线射频单元和对应组内剩余的无线射频单元13的信道状态信息进行比对，得到每组无线射频单元13的信道校准参数。其中信道校准参数用于指示组内无线射频单元13之间的信道状态信息对比情况，因此可以以参考无线射频单元的信道状态信息为准，在将组内剩余的无线射频单元的信道状态信息与参考无线射频单元的信道状态信息保持一致时得到的对比参数作为每个无线射频单元的信道校准参数。

本地校准信息是以所有无线射频单元中的参考无线射频单元为发送单元，剩余无线射频单元为接收单元来得到接收单元相对于发送单元的本地校准信息，依次类推直至得到所有无线射频单元中的每个无线射频单元相对于其他无线射频单元的本地校准信息，并且本地校准信息在无线充电系统开启时得到。

如第一组内有4个无线射频单元，分别记为无线射频单元1、无线射频单元2、无线射频单元3和无线射频单元4，且无线射频单元1为参考无线射频单元。将无线射频单元2至4相对于无线射频单元1的本地校准信息分别与无线射频单元1的信道状态信息进行比对，得到作为每个无线射频单元的信道校准参数的对比参数。

相应的，每个无线射频单元13的下行信道则可以为：h_i＝h′_iθ_i通过该公式可以对无线射频单元13的上行信道进行校准，其中h_i为第i个无线射频单元13的下行信道的信道状态信息，h′_i为第i个无线射频单元13的上行信道的信道状态信息，θ_i为第i个无线射频单元13的信道校准参数。

通过上述校准方式可以使得无线射频单元13在向无线充电单元11发送预编码后的能量信号时，使得多个无线射频单元13的下行通道可以相互匹配。仍以上述4个无线射频单元13为例，如果4个无线射频单元13同时向一个无线充电单元11发送预编码后的能量信号，则上述4个无线射频单元13的下行通道依次为：各自的上行通道天线与[1，θ₂，θ₃，θ4]中对应元素相乘，即可以补偿上下行信道本身带来的不匹配。

进一步在本发明实施例中可以依据下述公式：

$(p_1{\mathrm{\ω}}_1,...p_i{\mathrm{\ω}}_i,...,p_N{\mathrm{\ω}}_N)\left(\begin{array}{c}{h}_1\\ .\\ .\\ .\\ h_i\\ .\\ .\\ .\\ h_N\end{array}\right)=C$ 得到每个无线射频单元13的匹配参数，其中ω_i为第i个无线射频单元的匹配参数，p_i为第i个无线射频单元的发射功率，h_i为无线充电单元到第i个无线射频单元的下行信道的信道状态信息，N为无线充电系统中无线射频单元的总个数。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的无线充电系统，基于信道状态信息对无线充电系统中的多个无线射频单元13进行分组，结合本地校准信息得到每组无线射频单元13的信道校准参数，并依据信道校准参数对无线射频单元13的上行信道进行校准。然后基于信道状态信息和信道校准参数得到为每个无线充电单元11选择的无线射频单元组的匹配参数，依据匹配参数对无线射频单元13中的能量信号进行预编码，经过预编码后的能量信号在发送后自动聚焦于认证通过的无线充电单元11所在位置，使得无线充电单元11中的能量信号聚焦加强，因此当无线射频单元13与无线充电单元11距离较远的情况下，无线充电单元11仍可以接收到较强的电能提供给电子设备，从而实现对电子设备的远程充电。

并且本发明实施例可以基于信道状态信息得到的信道校准参数对上行信道进行校准，使得无线射频单元13可以利用实时的上行信道的信道状态信息获得下行信道的信道状态信息，然后每个无线射频单元13利用下行信道的信道状态信息向无线充电单元11发送预编码后的能量信号，进一步使得无线充电单元11中的能量信号聚焦加强，从而可以为移动中的无线充电单元11及其相连的电子设备提供电能。

在这里说明一点：多个无线射频单元13和中心控制单元12共同组成发射端，无线充电单元11是接收端，远距离是指发送端与接收端之间距离远。无线充电单元11与电子设备即可以用有线连接，也可以将无线充电单元11集成在电子设备中为其充电。

此外，本发明实施例可以由多个无线射频单元13同时向一个无线充电单元11发送预编码后的能量信号，这样每个无线射频单元13在使用较低的发射功率的情况下仍可以使无线充电单元11接收到能量信号。因此在无线射频单元13的发射功率降低的情况下，其对周围环境的辐射也被降低。

在这里需要注意的一点是：无线射频单元13和中心控制单元12之间通过光纤进行通信。由于无线充电单元11所在空间位置差异引起的下行信道大不同，各个无线射频单元13发送的能量信号到达除了在无线充电单元11所在位置以外的任何地方均不会叠加，即相互影响，变成一个噪声信号。

在本发明实施例中，还提供上述无线充电单元11、中心控制单元12和无线射频单元13的结构示意图，如图4所示，其示出了本发明实施例提供的无线射频单元13的结构，可以包括：无线电信号接收模块131、无线信道特征提取模块132、同步模块133、通道校准模块134、能量发送预处理模块135、无线电能量信号发射模块136、供电模块137和控制接口模块138。其中，

无线电信号接收模块131、用于接收无线充电单元11发送的无线信道探测信号。

无线信道特征提取模块132，用于从无线信道探测信号中导频序列，通过估计算法从导频序列中估计出信道状态信息，以及用于利用信号分类算法并结合信道状态信息，从无线信道探测信号中提取出伪随机序列，伪随机序列用于表示无线充电单元11的身份信息。

同步模块133，用于定时同步多个无线射频单元13。其中定时同步是指使得多个无线射频单元发射的能量信号同步，以便各个无线射频单元发射的能量信号同时到达无线充电单元。

通道校准模块134，用于依据信道校准参数，对无线射频单元13的上行信道进行校准以得到下行信道。

能量发送预处理模块135，用于依据匹配参数对无线射频单元13中的能量信号进行预编码，得到预编码后的能量信号。

无线电能量信号发射模块136，用于发送预编码后的能量信号。

控制接口模块138，用于与中心控制单元12进行信息交互。

供电模块137，用于为无线射频单元13中的各个模块提供电能。

图5示出了本发明实施例提供的中心控制单元12的结构，可以包括多个控制接口模块121、联合通道校准模块122、分组与协作控制模块123、联合控制模块124和供电模块125。其中，

每个控制接口模块121，用于与无线射频单元13进行信息交互，且控制接口模块121的数量大于等于无线射频单元13的数量。

联合通道校准模块122，用于基于信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元13的信道校准参数。

分组与协作控制模块123，用于基于信道状态信息对多个无线射频单元13进行分组。

联合控制模块124，用于对无线射频单元13和中心控制单元12中的数据进行交换、处理与控制。例如上述得到每个无线射频单元13匹配参数，并通过光纤将匹配参数和上述信道校准参数发送给无线射频单元来控制无线射频单元进行信道校准，以及认证通过无线充电单元11。

供电模块125，用于对中心控制单元12中的各个模块提供电能。

在本发明实施例中，无线射频单元13和中心控制单元12中的供电模块可以通过电网为各个模块供电，也可以是太阳能，风能等新能源来为各个模块进行供电。

图6示出了本发明实施例提供的无线充电单元11的结构，可以包括：无线电信号发送模块111、基带处理模块112、数据信息管理模块113、无线电信号接收模块114、能量转换模块115、能量管理模块116和能量输出接口模块117。其中，

数据信息管理模块113，用于拼接无线充电单元11的身份信息和导频序列，得到数字信号。

基带处理模块112，用于对数字信号进行基带信号处理，得到上行信道的无线信道探测信号，并触发无线电信号发送模块111发送无线信道探测信号，其中无线信道探测信号用于指示上行信道的信道状态信息以及无线充电单元11的身份信息。

无线电信号接收模块114，用于接收预编码后的能量信号。

能量转换模块115，用于从预编码后的能量信号中提取出电磁波能量，并将电磁波能量进行整流，得到直流电。

能量管理模块116，用于对直流电进行管理和存储。

能量输出接口模块117，用于将直流电的第一部分提供给无线电信号发送模块，并将直流电的第二部分提供给移动电子设备进行充电。

此外，本发明实施例还提供了上述一些模块的结构示意图，如图7所示，其示出了无线射频单元中无线电信号接收模块和无线信道特征提取模块的部分结构，可以包括：滤波器21、低噪声放大器22、自动增益控制23、数模变换器24、数字下变频器25、相关器26、低通滤波器27、幅度检查电路28、相位检查电路29和导频序列缓存器30；其中，

滤波器21，用于实现所接收的无线信道探测信号的带通滤波。

低噪声放大器22，用于完成所接收的无线信道探测信号的放大。

自动增益控制23，用于获得稳定的无线信道探测信号。

数模变换器24，用于完成模拟形式的无线信道探测信号到数字形式的无线信道探测信号的转换。

数字下变频器25，用于完成数字形式的无线信道探测信号从中频变换到基带。

相关器26，用于将数字形式的无线信道探测信号与从本地导频序列存储器中存储的导频序列相关，以获得信道状态信息。

低通滤波器27，用于滤出相关器输出的干扰信号。

幅度检查电路28，用于获取信道状态信息的幅度信息。

相位检查电路29，用于获取信道状态信息的相位信息。

导频序列缓存器30，用于存储从信道状态信息中提取出的导频序列。

如图8所示，其示出了本发明实施例提供的无线射频单元中认证与同步模块的结构，可以包括：外部时钟接口31、无线信道特征32、幅度/相位调整33和比较器34。其中，

外部时钟接口31，用于接收外部时钟授时。

无线信道特征32，用于对应信道特征提取的输出。其中信道特征主要是上述幅度检查电路28获取的幅度信息和相位检查电路29获取的相位信息。

幅度/相位调整33，用于产生同步信号，该同步信号携带有幅度信息、相位信息和定时信息。

比较器34，用于比对本地存储的身份信息与提取的身份信息，并通过认证结果输出端口将比对结果输出。

如图9所示，其示出了本发明实施例中无线射频单元中无线电能量信号发射模块的结构，可以包括：功率放大器41、调制器42、调制振荡器43、频段选择器44、频率微调器45、检测器46、缓冲器47和主振单元48。

功率放大器41，用于对能量信号进行功率放大。

调制器42，用于调制成选定频段的能量信号。

调制振荡器43，用于产生对应频段的频率。

频段选择器44，用于选择对应频段。

频率微调器45，用于调整频偏。

检测器46，用于检测产生的频段正确与否。

主振单元48，用于基于频段微调器45中的频偏和频段选择器44所选择的频段产生能量信号中的频率。

如图10所示，其示出了本发明实施例提供的无线充电单元中无线电信号发送模块的结构，可以包括：功率放大器51、调制器52和本地导频序列生成器53。其中，

功率放大器51，用于对无线信道探测信号进行放大。

调制器52，用于对导频序列进行调制得到无线信道探测信号。

本地导频序列生成器53，用于利用本地导频序列产生导频和认证的整段导频序列。

如图11所示，其示出了本发明实施例提供的无线充电单元中无线电接收模块和能量转换模块的结构，可以包括：带通/低通滤波器61、整流电路62和输出滤波器63，其中，

带通/低通滤波器61，用于抑制图11所示天线的高次模进入整流电路,以及用于阻止整流电路62产生的高次谐波进入天线，以避免高次模和谐波导致的能量损耗。

整流电路62，用于完成能量信号到直流电的转换。

输出滤波器63，用于对直流电进行平滑处理后输出。

如图12所示，其示出了本发明实施例提供的中心控制单元中分组与协作控制模块的结构，可以包括：无线信道特征存储器71、分组簇信息输出接口72和分组控制器73，其中

无线信道特征存储器71，用于存储各个无线射频单元传输过来的信道状态信息。

分组簇信息输出接口72，用于基于信道状态信息对多个无线射频单元进行分组，并输出分组信息。

分组控制器73，用于进行分组的判断和选择。

如图13所示，其示出了本发明实施例提供的中心控制单元中联合通道校准模块的结构，可以包括：联合收发控制器81、通道校准82、参考表83和处理器84，其中，

联合收发控制器81，用于控制各个无线射频单元的收发开关。

通道校准82，用于指示各个无线射频单元进行上行信道的校准。

参考表83，用于选取对应的信道校准参数组合，如上述[1，θ₂，θ₃，θ₄]。

处理器84，用于计算对应的信道校准参数。

其中在图13中备选集中下一个无线射频单元发送和备选集中其他无线射频单元接收是从无线充电系统开启时刻计算每组无线射频单元中的本地校准信息，开始指示的是无线充电系统的开启时刻，遍历结束则用于指示是否得到所有无线射频单元的本地校准信息。

如图14，其示出了本发明实施例提供的中心控制单元中联合控制模块的结构，可以包括：核心交换单元91、高性能处理器92和高性能控制器93，其中，

核心交换单元91，用于控制与无线射频单元的数据交换与转发。

高性能处理器92，用于对无线射频单元上传的数据进行处理。

高性能控制器93，用于控制各个无线射频单元的上行信道和下行信道的协同和逻辑处理。

需要说明的是，上述图7至图14中的图标表示天线，其用于信号的发送和接收。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

其次，需要说明的是，在本文中，“分组”是一个广义的概念，也就是说每一组内无线射频单元的个数为小于等于所有无线射频单元数的任意值。例如，某一组内无线射频单元个数为零，则说明无线充电系统不给与之对应的无线充电单元充电(认证没有通过或者无线充电系统饱和等原因)；某一组内无线射频单元个数等于无线充电系统无线射频单元数，则说明无线充电系统给与之对应的无线充电单元分配所有的无线射频单元为其充电。不同的无线充电单元可以对应相同的分组，也可以对应不同的分组。

最后，还需要说明的是，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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种无线充电方法，应用于无线充电系统中，其特征在于，所述无线充电方法包括：

获取所述无线充电系统中无线充电单元的上行信道的信道状态信息和所述无线充电单元的身份信息；

基于所述信道状态信息对所述无线充电系统中的多个无线射频单元进行分组，并基于所述信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数，依据所述信道校准参数，对所述无线射频单元的上行信道进行校准以得到下行信道；

基于所述信道状态信息和所述信道校准参数得到为每个所述无线充电单元选择的无线射频单元组的匹配参数，其中所述基于所述信道状态信息和所述信道校准参数得到每个所述无线射频单元的匹配参数，包括：

依据公式 $(p_1{\mathrm{\ω}}_1,...p_i{\mathrm{\ω}}_i,...,p_N{\mathrm{\ω}}_N)\left(\begin{array}{c}{h}_1\\ .\\ .\\ .\\ h_i\\ .\\ .\\ .\\ h_N\end{array}\right)=C$ 得到每个所述无线射频单元的匹配参数，其中ω_i为第i个无线射频单元的匹配参数，p_i为第i个无线射频单元的发射功率，h_i为所述无线充电单元到第i个无线射频单元的下行信道的信道状态信息，N为所述无线充电系统中所述无线射频单元的总个数；

依据所述无线充电单元的身份信息，查找认证通过的所述无线充电单元；

依据所述匹配参数对所述无线射频单元中的能量信号进行预编码，经过预编码的能量信号在发送后将自动聚焦于认证通过的无线充电单元所在位置，以使所述无线充电单元从预编码后的能量信号中提取出发送的电磁波能量，并将所述电磁波能量转换为电能来为电子设备进行充电。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述无线充电系统中无线充电单元的上行信道的信道状态信息和所述无线充电单元的身份信息，包括：

从所述无线充电单元发送的无线信道探测信号中提取导频序列；

通过估计算法从所述导频序列中估计出所述信道状态信息；

利用信号分类算法并结合所述信道状态信息，从所述无线信道探测信号中提取出伪随机序列，所述伪随机序列用于表示所述无线充电单元的身份信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数，包括：

以每组无线射频单元中的一个无线射频单元作为参考无线射频单元，将所述参考无线射频单元和对应组内剩余的所述无线射频单元的信道状态信息和本地校准信息进行比对，得到每组无线射频单元的信道校准参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依据所述信道校准参数，对所述无线射频单元的上行信道进行校准，包括：

依据公式h_i＝h′_iθ_i对所述无线射频单元的上行信道进行校准，其中h_i为所述第i个无线射频单元的下行信道的信道状态信息，h′_i为所述第i个无线射频单元的上行信道的信道状态信息，θ_i为第i个无线射频单元的信道校准参数。

5.一种无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统包括：至少一个无线充电单元、中心控制单元和多个无线射频单元；其中，

所述无线充电单元，用于发送上行信道的无线信道探测信号，所述无线信道探测信号用于指示所述上行信道的信道状态信息以及所述无线充电单元的身份信息；

所述无线射频单元，用于从所述无线信道探测信号中获取所述上行信道的信道状态信息和所述无线充电单元的身份信息，以及用于依据所述中心控制单元发送的匹配参数对所述无线射频单元中的能量信号进行预编码，经过预编码的能量信号在发送后将自动聚焦于所认证通过的无线充电单元所在位置，以使所述无线充电单元从预编码后的能量信号中提取出发送的电磁波能量，并将所述电磁波能量转换为电能来为电子设备进行充电；

所述中心控制单元，用于基于所述信道状态信息和信道校准参数得到为每个所述无线充电单元选择的无线射频单元组的匹配参数，并依据无线充电单元的身份信息，查找认证通过的所述无线充电单元，以及用于基于所述信道状态信息和本地校准信息对所述多个无线射频单元进行分组，得到每组无线射频单元的信道校准参数来控制每个所述无线射频单元依据所述信道校准参数对自身的上行信道进行校准以得到下行信道；

其中所述基于所述信道状态信息和所述信道校准参数得到每个所述无线射频单元的匹配参数，包括：

依据公式 $(p_1{\mathrm{\ω}}_1,...p_i{\mathrm{\ω}}_i,...,p_N{\mathrm{\ω}}_N)\left(\begin{array}{c}{h}_1\\ .\\ .\\ .\\ h_i\\ .\\ .\\ .\\ h_N\end{array}\right)=C$ 得到每个所述无线射频单元的匹配参数，其中ω_i为第i个无线射频单元的匹配参数，p_i为第i个无线射频单元的发射功率，h_i为所述无线充电单元到第i个无线射频单元的下行信道的信道状态信息，N为所述无线充电系统中所述无线射频单元的总个数。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述无线射频单元包括：无线电信号接收模块、无线信道特征提取模块、同步模块、通道校准模块、能量发送预处理模块、无线电能量信号发射模块、供电模块和控制接口模块；其中，

所述无线电信号接收模块、用于接收所述无线充电单元发送的无线信道探测信号；

所述无线信道特征提取模块，用于从所述无线信道探测信号中导频序列，通过估计算法从所述导频序列中估计出所述信道状态信息，以及用于利用信号分类算法并结合所述信道状态信息，从所述无线信道探测信号中提取出伪随机序列，所述伪随机序列用于表示所述无线充电单元的身份信息；

所述同步模块，用于定时同步多个所述无线射频单元；

所述通道校准模块，用于依据所述信道校准参数，对所述无线射频单元的上行信道进行校准以得到下行信道；

所述能量发送预处理模块，用于依据所述匹配参数对所述无线射频单元中的能量信号进行预编码，得到预编码后的能量信号；

所述无线电能量信号发射模块，用于发送预编码后的能量信号；

所述控制接口模块，用于与所述中心控制单元进行信息交互；

所述供电模块，用于为所述无线射频单元中的各个模块提供电能。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述中心控制单元包括：多个控制接口模块、联合通道校准模块、分组与协作控制模块、联合控制模块和供电模块；其中，

每个所述控制接口模块，用于与所述无线射频单元进行信息交互，且所述控制接口模块的数量大于等于所述无线射频单元的数量；

所述联合通道校准模块，用于基于信道状态信息和本地校准信息得到每组无线射频单元的信道校准参数；

所述分组与协作控制模块，用于基于所述信道状态信息对所述多个无线射频单元进行分组；

所述联合控制模块，用于对所述无线射频单元和所述中心控制单元中的数据进行交换、处理与控制，以得到每个所述无线充电单元与对应的每组无线射频单元的匹配参数和认证通过的所述无线充电单元；

所述供电模块，用于对所述中心控制单元中的各个模块提供电能。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述无线充电单元包括：无线电信号发送模块、基带处理模块、数据信息管理模块、无线电信号接收模块、能量转换模块、能量管理模块和能量输出接口模块；其中，

所述数据信息管理模块，用于拼接所述无线充电单元的身份信息和导频序列，得到数字信号；

所述基带处理模块，用于对数字信号进行基带信号处理，得到上行信道的无线信道探测信号，并触发所述无线电信号发送模块发送所述无线信道探测信号，所述无线信道探测信号用于指示所述上行信道的信道状态信息以及所述无线充电单元的身份信息；

所述无线电信号接收模块，用于接收预编码后的能量信号；

所述能量转换模块，用于从预编码后的能量信号中提取出电磁波能量，并将所述电磁波能量进行整流，得到直流电；

所述能量管理模块，用于对所述直流电进行管理和存储；

所述能量输出接口模块，用于将所述直流电的第一部分提供给所述无线电信号发送模块，并将所述直流电的第二部分提供给移动电子设备进行充电。