CN105162484A - 一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了应用于信能同传系统接收端的能量管理方法及系统。方法包括步骤：S1，开启电池为接收端提供工作电源；S2，接收端接收信能同传信号，对信能同传信号进行处理并采集信能同传信号中的能量；S3，将采集的能量存储到临时储能单元中；S4，电池停止供电，利用存储在临时储能单元中的能量为电池充电。系统包括接收机和能量管理模块。本发明通过对接收端接收的能量控制、存储和管理，克服了信能同传系统接收端由于无线信号时变性所产生的接收机瞬时供电不足、工作不稳定问题，有效保障了接收机的稳定工作，具有良好的经济和社会效益。本发明可广泛应用于各种信能同传系统。

Description

一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术和无线输电技术的交叉领域，特别涉及一种信能同传系统接收端的能量管理方法及系统。
背景技术
无线信能同传(SimultaneousWirelessInformationandEnergyTransfer)，即通过无线方式实现信息和能量的同时传输，是集成无线通信技术和无线能量传输技术的新兴通信技术。随着科技的发展，整合能源技术和通信技术成为趋势，既能实现高速可靠的通信，又能有效缓解能源和频谱稀缺的压力，在工业、医疗、基础设施发展等方面有着重要的应用价值。
无线信能同传突破传统的无线通信手段，将能量属性同时考虑，整合无线通信技术和无线能量传输技术，实现信息和能量的并行同时传输，具有广泛的应用价值和创新意义。
基于信息与能量同时传输的特点，用于各类依靠有限容量电池提供电能的无线终端或器件，通过从信号中采集能量为其馈电，极大延长待机时间，减小设备体积和成本，并能够大幅减少电池的生产量，大大降低电池生产制造与回收过程中造成的环境污染。基于非接触式的远距离传输的特点，可取代电池或者线缆供电，极大的提升供电的便利性。基于稳定性和可持续性的特点，可替代传统能量采集器(EnergyHarvester)以采集环境能量(如风能、太阳能、动能等)为主的方式。同时，无线信能同传在改善人民生活方面的应用也是广泛的，会产生极大的社会效益：在医疗领域，植入医疗装置如心脏起搏器、心血管机器人等均存在严重的电池能量短缺问题，无线信能同传技术的装配可避免对患者造成严重的二次痛苦。
本发明人在申请文件“一种多载波宽带信息能量同传发送系统及接收系统”(申请号：201510133784.X)、“一种信息能量同传发送方法及接收方法”(申请号：201510133428.8)、“一种多载波宽带信能同传优化方法”(申请号：201510133789.2)中提出了一种信能同传的方法，在系统发送的基带信号中包含信息基带信号和能量基带信号，经相应处理后同时传送，通过能量信号为接收端提供足够的电能量；该方法可以广泛应用于数字通信和模拟通信中。
在上述的信能同传系统中，如果采用直接将无线能量信号整流为接收机供电，由于无线信道的时变性，整流输出的功率不稳，可能会导致接收机工作不稳定甚至数据丢失，更严重的导致接收机断电，系统的稳定性和可靠性得不到有效保障，影响了信能同传系统的推广和应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可以有效保障信能同传系统中的接收机稳定工作的能量管理方法。
为了解决上述技术问题，本发明的另一个目的是提供一种可以有效保障信能同传系统中的接收机稳定工作的能量管理系统。
本发明所采用的技术方案是：
一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，其应用于具有发射机和接收机的信能同传系统，其包括步骤：S1，开启电池为接收端提供工作电源；S2，接收端接收信能同传信号，对信能同传信号进行处理并采集信能同传信号中的能量；S3，将采集的能量存储到临时储能单元中；S4，电池停止供电，利用存储在临时储能单元中的能量为电池充电。
优选的，在所述步骤S1之前还包括步骤：S0，检测是否有信号通过，如有信号通过则进入步骤S1。
优选的，所述步骤S2具体包括子步骤：S21，接收端接收信号；S22，识别信号帧头，判断信号是否为信能同传信号，如果是则进入步骤S23；S23，对信能同传信号进行处理并采集信能同传信号中的能量。
优选的，所述子步骤S23具体包括子步骤：S231,对信能同传信号进行分流，形成能量信号和信息信号；S232，对能量信号进行能量处理并采集能量，进入步骤S3；S233，对信息信号进行信息处理。
优选的，所述临时储能单元为电容或小容量电池。
优选的，所述信能同传信号中的能量包括能量信号的能量和/或保护间隔信号的能量。
一种应用于信能同传系统接收端的能量管理系统，其用于实施一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，所述系统包括接收端，所述接收端包括：接收机，所述接收机包括接收天线和信号处理单元,所述接收天线用于接收信号，所述信号处理单元用于对信号进行判断、处理并采集信号中的能量；电源管理模块，所述电源管理模块包括控制单元、临时储能单元和电池，所述控制单元用于控制电池的开启和关闭，并控制临时储能单元在电池关闭状态下对其进行充电；所述临时储能单元用于临时存储接收机接收的能量，所述电池用于为接收端提供工作电源。
优选的，所述接收机还包括信号检测单元，所述信号检测单元用于检测是否有信号通过接收机。
优选的，所述临时储能单元为电容或小容量电池。
优选的，所述信能同传信号中的能量包括能量信号的能量和/或保护间隔信号的能量。
本发明的有益效果是：
本发明通过对接收端接收的能量控制、存储和管理，克服了信能同传系统接收端由于无线信号时变性所产生的接收机瞬时供电不足、工作不稳定问题，有效保障了接收机的稳定工作，具有良好的经济和社会效益。
本发明可广泛应用于各种信能同传系统。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明能量管理方法一种实施例的方法流程图；
图2是本发明能量管理方法一种实施例的能量处理周期时序示意图；
图3是本发明能量管理系统一种实施例的系统原理框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在现有的信能同传系统中，如果采用直接将无线能量信号整流为接收机供电，由于无线信道的时变性，整流输出的功率不稳，可能会导致接收机工作不稳定甚至断电造成数据丢失，更严重的导致接收机断电，系统的稳定性和可靠性得不到有效保障。虽然在无线接收的能量有可能在某一个瞬时不足以提供接收机正常工作电源，但是在有限一段时间的范围内，无线接收的总体能量是足够提供该段时间的接收机正常工作的，即在有限的一段时间范围内，无线接收机接收的平均功率大于或等于接收机正常工作所需的功率。基于该思想，发明人提出了本能量管理方法及系统。
如图1所示，一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，其应用于具有发射机和接收机的信能同传系统，其包括步骤：S0，检测是否有信号通过，如有信号通过则进入步骤S1；S1，开启电池为接收端提供工作电源；S2，接收端接收信能同传信号，对信能同传信号进行处理并采集信能同传信号中的能量；S3，将采集的能量存储到临时储能单元中；S4，电池停止供电，利用存储在临时储能单元中的能量为电池充电。其中，步骤S0可采用信号检测单元检测是否有信号通过接收机，当信号强度大于设定阀值时，判定为有信号通过并进入步骤S1。信号检测单元可以采用无源滤波器。
优选的，所述步骤S2具体包括子步骤：S21，接收端接收信号；S22，识别信号帧头，判断信号是否为信能同传信号，如果是则进入步骤S23,否则返回步骤S0；S23，对信能同传信号进行处理并采集信能同传信号中的能量。
优选的，所述子步骤S23具体包括子步骤：S231,对信能同传信号进行分流，形成能量信号和信息信号；S232，对能量信号进行能量处理并采集能量，进入步骤S3；S233，对信息信号进行信息处理。
该实施例中，在完成能量信号和信息信号处理之后，还包括判断信号处理是否结束，如果是则进入步骤S4，否则返回执行步骤S2。
优选的，所述临时储能单元为电容或小容量电池。
优选的，所述信能同传信号中的能量包括能量信号的能量和/或保护间隔信号的能量。
如图2所示，作为本发明一种优选的实施例，能量管理方法具体的时序流程如下：
将一个能量处理周期拆分成6个能量管理阶段，由7个时间节点(t0～t6)构成。
7个时间节点动作说明：
t0：一个能量管理周期的开始；
t1：接收电路开始接收信号，并开始信号处理流程；
t2：接收机中的整流电路开始工作，将射频信号转换为直流电，对电容进行充电；
t3：信号接收和处理流程结束；
t4：信号处理结束之后，整流过程结束；
t5：电池供电阶段结束；
t6：一个能量管理周期的结束。
6个能量管理阶段动作说明：
t0～t1：电池对接收电路进行供电。
t1～t2：开始信号处理。包括保护间隔整流、信息信号解调和能量信号整流处理工作。其中，在t2时刻，信号中的能量信号开始进入整流器转换为直流电充入电容；此阶段电池继续对接收电路进行供电。
t2～t3：t1～t3完成了本次信号处理，一个符号时间内信号的处理，包括信息信号和能量信号的处理；能量信号被整流成直流充入电容；此阶段电池继续对接收电路供电。
t3～t4：信号处理结束，整流器将剩下的一点能量信号转换为直流电信号；到此，信号处理和能量信号整流过程结束。
t4～t5：信号处理完毕，电池停止对接收电路进行供电。
t5～t6：电容开始放电，对电池进行充电。
如图3所示，一种应用于信能同传系统接收端的能量管理系统，其用于实施一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，所述系统包括接收端，所述接收端包括：接收机，所述接收机包括接收天线和信号处理单元,所述接收天线用于接收信号，所述信号处理单元用于对信号进行判断、处理并采集信号中的能量；电源管理模块，所述电源管理模块包括控制单元、临时储能单元和电池，所述控制单元用于控制电池的开启和关闭，并控制临时储能单元在电池充电状态下对其进行充电；所述临时储能单元用于临时存储接收机接收的能量，所述电池用于为接收端提供工作电源。
优选的，所述接收机还包括信号检测单元，所述信号检测单元用于检测是否有信号通过接收机。可采用信号检测单元检测是否有信号通过接收机，当信号强度大于设定阀值时，判定为有信号通过。此时可进入步骤S1。
优选的，所述临时储能单元为电容或小容量电池。显然也可以是其它临时储能单元。
优选的，所述信能同传信号中的能量包括能量信号的能量和/或保护间隔信号的能量。
本发明通过对接收端接收的能量控制、存储和管理，克服了信能同传系统接收端由于无线信号时变性所产生的接收机瞬时供电不足、工作不稳定问题，有效保障了接收机的稳定工作，具有良好的经济和社会效益。
本发明可广泛应用于各种信能同传系统。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，其应用于具有发射机和接收机的信能同传系统，其特征在于，其包括步骤：
S1，开启电池为接收端提供工作电源；
S2，接收端接收信能同传信号，对信能同传信号进行处理并采集信能同传信号中的能量；
S3，将采集的能量存储到临时储能单元中；
S4，电池停止供电，利用存储在临时储能单元中的能量为电池充电。
2.根据权利要求1所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括步骤：
S0，检测是否有信号通过，如有信号通过则进入步骤S1。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括子步骤：
S21，接收端接收信号；
S22，识别信号帧头，判断信号是否为信能同传信号，如果是则进入步骤S23；
S23，对信能同传信号进行处理并采集信能同传信号中的能量。
4.根据权利要求3所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，其特征在于，所述子步骤S23具体包括子步骤：
S231,对信能同传信号进行分流，形成能量信号和信息信号；
S232，对能量信号进行能量处理并采集能量，进入步骤S3；
S233，对信息信号进行信息处理。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，其特征在于，所述临时储能单元为电容或小容量电池。
6.根据权利要求5所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，其特征在于，所述信能同传信号中的能量包括能量信号的能量和/或保护间隔信号的能量。
7.一种应用于信能同传系统接收端的能量管理系统，其用于实施如权利要求1至6任意一项所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理方法，所述系统包括接收端，其特征在于，所述接收端包括：
接收机，所述接收机包括接收天线和信号处理单元,所述接收天线用于接收信号，所述信号处理单元用于对信号进行判断、处理并采集信号中的能量；
电源管理模块，所述电源管理模块包括控制单元、临时储能单元和电池，所述控制单元用于控制电池的开启和关闭，并控制临时储能单元在电池关闭状态下对其进行充电；所述临时储能单元用于临时存储接收机接收的能量，所述电池用于为接收端提供工作电源。
8.根据权利要求7所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理系统，其特征在于，所述接收机还包括信号检测单元，所述信号检测单元用于检测是否有信号通过接收机。
9.根据权利要求7或8所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理系统，其特征在于，所述临时储能单元为电容或小容量电池。
10.根据权利要求9所述的一种应用于信能同传系统接收端的能量管理系统，其特征在于，所述信能同传信号中的能量包括能量信号的能量和/或保护间隔信号的能量。
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Application publication date: 20151216

Assignee: Shenzhen Nankeyuan Creative Technology Co.,Ltd.

Assignor: SOUTH University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA

Contract record no.: X2021990000411

Denomination of invention: An energy management method and system applied to receiving end of simultaneous interpreting system

Granted publication date: 20180105

License type: Exclusive License

Record date: 20210709