CN108924874B - 一种信号功率分配装置、信能同传系统和方法 - Google Patents

一种信号功率分配装置、信能同传系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种信号功率分配装置、信能同传系统和方法，分配方法，包括步骤：获取信能信号以激活解调模块；所述解调模块解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；基于所述负荷参数调整信号功率分配。分配装置用于执行对应方法。信能同传系统，包括发射端和接收端，所述接收端包括如上述的信号功率分配装置，其中，所述发射模块包括基带信号产生单元、调制单元、负荷参数产生单元和发射天线。本发明通过信能信号激活解调模块，解调模块解析信能信号以获取负荷参数，基于所述负荷参数调整信号功率分配，能够实现在信能同传情况下的信号功率的调节和分配，有利于提高信能同传系统的使用效率。

Description

一种信号功率分配装置、信能同传系统和方法
技术领域
本发明涉及信能同传技术领域，尤其涉及一种信号功率分配装置、信能同传系统和方法。
背景技术
无线信能同传(Simultaneous Wireless Information and Energy Transfer)，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(Energy Harvester)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。上述发明专利中，本发明人提出的系统在信号控制、分配上仍未有有效的解决方法，本发明将提出一种信号控制分配方法用于解决该技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种信号功率分配装置、信能同传系统和方法。
本发明采用的技术方案一方面为一种应用于信能同传系统接收端的信号功率分配装置，所述信能同传系统用于传输信能信号，所述信能信号包括信息信号和能量信号，包括：接收模块，用于获取信能信号以激活解调模块；解调模块，用于解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；调整模块，用于基于所述负荷参数调整信号功率分配。
优选地，所述接收模块用于获取信能信号并进行射频整流以输出直流电，基于所述直流电激活解调模块。
优选地，所述解调模块包括耦合电路、功耗监测控制单元和解调单元，其中，通过耦合电路获取信能信号中的控制信号，功耗监测控制单元解析所述的控制信号以获取负荷参数，所述解调单元用于解调信能信号中的信息信号。
优选地，所述接收模块包括稳压单元。
优选地，包括发射端和接收端，所述接收端包括如上述的信号功率分配装置，所述发射模块包括基带信号产生单元、调制单元、负荷参数产生单元和发射天线,其中，所述基带信号产生单元连接所述调制单元，所述负荷参数产生单元通过所述调制单元连接所述发射天线。
本发明采用的技术方案一方面为一种信号功率分配方法，适用于上述信号功率分配装置，包括步骤：获取信能信号以激活解调模块；所述解调模块解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；基于所述负荷参数调整信号功率分配。
优选地，所述获取信能信号以激活解调模块的步骤包括：获取信能信号并进行射频整流以输出直流电，基于所述直流电激活解调模块。
优选地，所述解调模块包括耦合电路、功耗监测控制单元和解调单元，其中，通过耦合电路获取信能信号中的控制信号，功耗监测控制单元解析所述的控制信号以获取负荷参数。
优选地，还包括步骤：获取负荷需求并生成对应的控制信号，根据所述控制信号调制基带信号以输出信能信号；获取信能信号以激活解调模块；所述解调模块解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；基于所述负荷参数调整信号功率分配。
本发明的有益效果为通过信能信号激活解调模块，解调模块解析信能信号以获取负荷参数，基于所述负荷参数调整信号功率分配，能够实现在信能同传情况下的信号功率的调节和分配，有利于提高信能同传系统的使用效率。
附图说明
图1所示为基于本发明实施例的发射端的结构示意图；
图2所示为基于本发明实施例的信能信号产生流程；
图3所示为基于本发明实施例的接收端的结构示意图；
图4所示为基于本发明实施例的信能信号处理流程示意图；
图5所示为基于本发明实施例的信号功率分配装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行说明。
实施例1
本发明一种信能同传系统的基本构思为：包括发射端和接收端，其中，所述发射模块包括基带信号产生单元、调制单元、负荷参数产生单元和发射天线,所述基带信号产生单元连接所述调制单元，所述负荷参数产生单元通过所述调制单元连接所述发射天线；所述接收端包括信号功率分配单元，整流单元、解调单元、功耗监测控制单元和接收天线。
本实施例中，如图1所示的作为信能信号的发射端的结构示意图，包括基带信号产生单元、调制单元、负荷参数产生单元和发射天线；
其运行如图2所示的信能信号产生流程：通过基带信号发生单元产生基带信号，通过调制单元进行信号的调制以将负荷参数和基带信号结合，发射信号；重复上述过程以持续输出信能信号；其中，
负荷参数产生单元生成带有负荷参数的信号，附加在调制信号之前以作为调制信号的前缀，控制信号与调制信号共同组成发射信号。
本实施中，接收端包括信号功率分配装置，信号功率分配装置的结构示意图如图5所示，包括依次连接的接收模块、解调模块和调整模块，其中，所述接收模块用于获取信能信号并进行射频整流以输出直流电，基于所述直流电激活解调模块，接收模块包括接收天线和整流单元(可以额外增加稳压单元)；解调模块包括耦合电路、功耗监测控制单元和解调单元；调整模块包括信号功率分配单元,其连接关系与上述实施例一致。
更具体的，如图3所述的接收端的结构示意图，包括信号功率分配单元，整流单元、解调单元、接收天线、稳压单元和功耗监测控制单元，其中，
接收天线连接信号功率分配单元(即调整模块，用于分配信能信号到不同的单元)分别连接整流单元(用于整流/稳压以获取供能的直流电)和解调单元(用于解析信能信号以获取解码信号)；
功耗监测控制单元包括用于解调(通过耦合电路获取的)控制信号以获取负荷参数的处理器(该处理器和解调单元功能类似，其主要目的是专用于解调控制信号以获取负荷参数，可采用ARM微处理器或FPGA等实现)，将负荷参数反馈给信号功率分配单元以实现信号的分配。
实施例1的进一步说明，信能同传系统的架构：
发射端：基带信号产生单元，用于产生基带信号；调制单元，用于对基带信号进行调制；负荷参数产生单元，用于产生控制信号，该控制信号包含了当前系统需要进行数据处理的负荷，从而告知接收端应该调整的信号功率分配参数(即负荷参数)。
接收端：信号功率分配单元，根据功耗监测控制单元传来的负荷参数调整电路参数，从而达到调整信号功率分配参数的功能；整流单元，包括匹配电路与整流电路，用于将射频信号转化为直流信号；功耗监测控制单元，用于监测当前接收端数据处理负荷与功耗使用情况，根据发射端传送来的负荷参数调整信号功率分配参数；稳压单元：用于对直流电进行稳压，保持用电单元的供电电压。
所述接收端还包括稳压单元，其中，所述接收天线连接所述信号功率分配单元，所述信号功率分配单元分别连接整流单元和解调模块，所述整流单元通过所述稳压单元连接所述解调模块，所述整流单元连接所述功耗监测控制单元，所述功耗监测控制单元连接所述信号功率分配单元。
实施例2
实施例2作为实施例1的进一步改进，具体的：
所述解调模块还包括耦合电路(该耦合电路分别连接信号功率分配单元和功耗监测控制单元)、功耗监测控制单元和解调单元，其中，通过耦合电路获取信能信号中的控制信号，功耗监测控制单元解析所述的控制信号以获取负荷参数，所述解调单元用于解调信能信号中的信息信号。
所述接收模块包括稳压单元，其连接关系和功能参见实施例1相关记载，在此不做赘述。
实施例3
本发明一种信号功率分配方法包括步骤：获取信能信号以激活解调模块；所述解调模块解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；基于所述负荷参数调整信号功率分配。
所述获取信能信号以激活解调模块的步骤包括：获取信能信号并进行射频整流以输出直流电，基于所述直流电激活解调模块。
所述解调模块包括耦合电路、功耗监测控制单元和解调单元，其中，通过耦合电路获取信能信号中的控制信号，功耗监测控制单元解析所述的控制信号以获取负荷参数。
本实施例中，方法还包括步骤：获取负荷需求并生成对应的控制信号，根据所述控制信号调制基带信号以输出信能信号；获取信能信号以激活解调模块；所述解调模块解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；基于所述负荷参数调整信号功率分配。
作为实施例2的进一步说明，作为信能信号的接收端，包括用于监测接收端的功耗的功耗监测控制单元、解调单元和信号功率分配单元；但是功耗监测控制单元和解调单元一开始是不通电的，因此需要依赖信能信号的能量以实现供能；因此，如图4所示的信能信号处理流程：
第一步，接收信能信号，通过整流的方式将信能信号转换成直流电以实现供能(即激活功耗监测控制单元和解调单元)，同时通过耦合电路在信能信号中获取包含负荷参数的微弱信号(即控制信号，因为解调负荷参数只需要很弱的信号就可以了，因此该控制信号比整流的信号低万倍)；
第二步，功耗监测控制单元解码微弱信号以获取负荷参数，初始化分配参数，初始化信号功率分配单元(即调整模块)；
第三步，检测信号功率分配单元收到的分配参数是否变化，如果是则根据分配参数进行信号的重新分配并进行下一步，不是则直接进行下一步；
第四步，(由于得到直流稳压的供能)解调单元能够对信号功率分配单元分配的信号进行解调，同时，重复第一至三步的流程以持续进行整个信能信号处理流程。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (9)

1.一种应用于信能同传系统接收端的信号功率分配装置，所述信能同传系统用于传输信能信号，所述信能信号包括信息信号和能量信号，其特征在于，包括：
接收模块，用于获取信能信号以激活解调模块；其中，所述获取信能信号以激活解调模块的步骤包括：获取所述信能信号并进行射频整流以输出直流电，基于所述直流电激活所述解调模块；
解调模块，用于解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；所述解调模块包括耦合电路、功耗监测控制单元和解调单元；其中，通过所述耦合电路获取所述信能信号中的控制信号，所述功耗监测控制单元解析所述控制信号以获取所述负荷参数；
调整模块，用于基于所述负荷参数调整信号功率分配；其中，所述基于所述负荷参数调制信号功率分配的步骤包括：
所述功耗监测控制单元解码微弱信号以获取所述负荷参数，初始化分配参数，并初始化所述调整模块；
所述调整模块确定接收到的所述分配参数发生变化，所述调整模块根据所述分配参数对信号重新分配；所述解调单元对所述调整模块分配的所述信号进行解调，并再次执行所述功耗监测控制单元解码微弱信号以获取所述负荷参数；
所述调整模块确定接收到的所述分配参数未发生变化；所述解调单元对所述调整模块分配的所述信号进行解调，并再次执行所述功耗监测控制单元解码微弱信号以获取所述负荷参数。
2.根据权利要求1所述的信号功率分配装置，其特征在于，所述接收模块用于获取信能信号并进行射频整流以输出直流电，基于所述直流电激活解调模块。
3.根据权利要求1所述的信号功率分配装置，其特征在于，所述解调模块包括耦合电路、功耗监测控制单元和解调单元，其中，
通过耦合电路获取信能信号中的控制信号，功耗监测控制单元解析所述的控制信号以获取负荷参数，所述解调单元用于解调信能信号中的信息信号。
4.根据权利要求2所述的信号功率分配装置，其特征在于，所述接收模块包括稳压单元。
5.一种信能同传系统，包括发射端和接收端，所述接收端包括如权利要求1-4任一项所述的信号功率分配装置，其特征在于，所述发射端包括：
基带信号产生单元，用于产生基带信号；
调制单元，用于对所述基带信号进行调制；
负荷参数产生单元和发射天线,用于产生控制信号；
其中，所述基带信号产生单元连接所述调制单元，所述负荷参数产生单元通过所述调制单元连接所述发射天线。
6.一种信号功率分配方法，适用于权利要求1所述装置，其特征在于，包括步骤：获取信能信号以激活解调模块；其中，所述获取信能信号以激活解调模块的步骤包括：获取所述信能信号并进行射频整流以输出直流电，基于所述直流电激活所述解调模块；
所述解调模块解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；所述解调模块包括耦合电路、功耗监测控制单元和解调单元；其中，通过所述耦合电路获取所述信能信号中的控制信号，所述功耗监测控制单元解析所述控制信号以获取所述负荷参数；
基于所述负荷参数调整信号功率分配；其中，所述基于所述负荷参数调制信号功率分配的步骤包括：
所述功耗监测控制单元解码微弱信号以获取所述负荷参数，初始化分配参数，并初始化所述调整模块；
所述调整模块确定接收到的所述分配参数发生变化，所述调整模块根据所述分配参数对信号重新分配；所述解调单元对所述调整模块分配的所述信号进行解调，并再次执行所述功耗监测控制单元解码微弱信号以获取所述负荷参数；
所述调整模块确定接收到的所述分配参数未发生变化；所述解调单元对所述调整模块分配的所述信号进行解调，并再次执行所述功耗监测控制单元解码微弱信号以获取所述负荷参数。
7.根据权利要求6所述的一种信号功率分配方法，其特征在于，所述获取信能信号以激活解调模块的步骤包括：
获取信能信号并进行射频整流以输出直流电，基于所述直流电激活解调模块。
8.根据权利要求6所述的一种信号功率分配方法，其特征在于，所述解调模块包括耦合电路、功耗监测控制单元和解调单元，其中，
通过耦合电路获取信能信号中的控制信号，功耗监测控制单元解析所述的控制信号以获取负荷参数。
9.根据权利要求6所述的一种信号功率分配方法，其特征在于，还包括步骤：
获取负荷需求并生成对应的控制信号，根据所述控制信号调制基带信号以输出信能信号；
获取信能信号以激活解调模块；
所述解调模块解析所述信能信号以获取包括负荷参数的解码信号；
基于所述负荷参数调整信号功率分配。
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