CN109586803A - 一种无线信能同传的方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无线信能同传的方法，包括：接收源节点发射的FSO信号；对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量；消耗传输能量对传输信息进行转发。本申请所提供的技术方案，通过先接收源节点由第一射频信号进行转换得到的FSO信号，然后对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，最后消耗传输能量对传输信息进行转发，由于FSO信号所包含的能量强劲，相比传统射频信号FSO信号所能转换为发射功率的能力大大提升，避免了传统射频信号传输损耗大的问题，提高了能量的利用效率。本申请同时还提供了一种无线信能同传的装置及中继设备，具有上述有益效果。

Description

一种无线信能同传的方法、装置及设备

技术领域

本申请涉及无线信号传输领域，特别涉及一种无线信能同传的方法、装置及中继设备。

背景技术

无线信能同传(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)，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。

现有技术中利用基于电磁波传输技术的无线信能同传方式，主要是通过RF射频信号或者微波信号进行实现，但存在的问题是电磁波传输损耗非常大，在带来便利性的同时对于能量的利用效率较低。

因此，如何提高无线信能同传的能量利用效率是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种无线信能同传的方法、装置及中继设备，用于提高无线信能同传的能量利用效率。

为解决上述技术问题，本申请提供一种无线信能同传的方法，该方法包括：

接收源节点发射的FSO信号；其中，所述FSO信号为所述源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；

对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量；

消耗所述传输能量对所述传输信息进行转发。

可选的，所述FSO信号的转换过程包括：

所述源节点根据公式将所述第一射频信号转换为所述FSO信号；

其中，y为所述FSO信号，G为固定增益，为所述射频信号转换为所述FSO信号的转换系数，h为信道衰减系数，s为所述射频信号，ω为噪声。

可选的，对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，包括：

接收输入的功率分配系数σ；

根据公式计算所述FSO信号的解码分量，并对所述解码分量进行解码，得到所述传输信息；

根据公式计算所述FSO信号的能量分量，并对所述解码分量进行能量收集，得到所述传输能量，并根据公式Q₂＝ξ·σ·p₂·T计算所述传输能量；

其中，y₁为所述FSO信号的解码分量，y₂为所述FSO信号的能量分量，Q₂为所述传输能量，p₂为所述第二FSO信号所携带的能量，T为接收所述FSO信号的时间段。

可选的，对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，包括：

确定解码时段及能量收集时段；

对在所述解码时段接收到的第一FSO信号进行解码，得到所述传输信息；

对在所述能量收集时段接收到的第二FSO信号进行能量收集，得到所述传输能量，并根据公式Q₁＝ξ·p·t₂计算所述传输能量；

其中，Q₁为所述传输能量，ξ为由FSO信号转换为能量的转换效率，p为所述第二FSO信号的功率，t₂为所述能量收集时段。

可选的，消耗所述传输能量对所述传输信息进行转发，包括：

消耗所述传输能量将所述传输信息调制为第二射频信号进行转发。

本申请还提供一种无线信能同传的装置，该装置包括：

接收模块，用于接收源节点发射的FSO信号；其中，所述FSO信号为所述源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；

解码及能量收集模块，用于对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量；

转发模块，用于消耗所述传输能量对所述传输信息进行转发。

可选的，所述解码及能量收集模块包括：

接收子模块，用于接收输入的功率分配系数σ；

第一解码子模块，用于根据公式计算所述FSO信号的解码分量，并对所述解码分量进行解码，得到所述传输信息；

第一能量收集子模块，用于根据公式计算所述FSO信号的能量分量，并对所述解码分量进行能量收集，得到所述传输能量，并根据公式Q₂＝ξ·σ·p₂·T计算所述传输能量；

其中，y₁为所述FSO信号的解码分量，y₂为所述FSO信号的能量分量，Q₂为所述传输能量，p₂为所述第二FSO信号所携带的能量，T为接收所述FSO信号的时间段。

可选的，所述解码及能量收集模块包括：

确定子模块，用于确定解码时段及能量收集时段；

第二解码子模块，用于对在所述解码时段接收到的第一FSO信号进行解码，得到所述传输信息；

第二能量收集子模块，用于对在所述能量收集时段接收到的第二FSO信号进行能量收集，得到所述传输能量，并根据公式Q₁＝ξ·p·t₂计算所述传输能量；

其中，Q₁为所述传输能量，ξ为由FSO信号转换为能量的转换效率，p为所述第二FSO信号的功率，t₂为所述能量收集时段。

可选的，所述转发模块包括：

转发子模块，用于消耗所述传输能量将所述传输信息调制为第二射频信号进行转发。

本申请还提供一种中继设备，该中继设备包括：

天线，用于接收源节点发射的FSO信号；消耗传输能量对传输信息进行转发；其中，所述FSO信号为所述源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；

解码及能量收集组件，用于对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到所述传输信息及所述传输能量。

本申请所提供无线信能同传的方法，包括：接收源节点发射的FSO信号；其中，FSO信号为源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量；消耗传输能量对传输信息进行转发。

本申请所提供的技术方案，通过先接收源节点由第一射频信号进行转换得到的FSO信号，然后对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，最后消耗传输能量对传输信息进行转发，由于FSO信号所包含的能量强劲，相比传统射频信号FSO信号所能转换为发射功率的能力大大提升，避免了传统射频信号传输损耗大的问题，提高了能量的利用效率。本申请同时还提供了一种无线信能同传的装置、设备及计算机可读存储介质，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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为本申请实施例所提供的一种无线信能同传的方法的流程图；

图2为图1所提供的一种无线信能同传的方法中S102的一种实际表现方式的流程图；

图3为图1所提供的一种无线信能同传的方法中S102的另一种实际表现方式的流程图；

图4为本申请实施例所提供的一种无线信能同传的装置的结构图；

图5为本申请实施例所提供的另一种无线信能同传的装置的结构图；

图6为本申请实施例所提供的一种中继设备的结构图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种无线信能同传的方法、装置及中继设备，用于提高无线信能同传的能量利用效率。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点-1更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种无线信能同传的方法的流程图。

其具体包括如下步骤：

S101：接收源节点发射的FSO信号；

基于现有技术中利用基于电磁波传输技术的无线信能同传方式，主要是通过RF射频信号或者微波信号进行实现，但存在的问题是电磁波传输损耗非常大，在带来便利性的同时对于能量的利用效率较低，本申请创造性的利用FSO信号代替RF射频信号，FSO(FreeSpace Optic，自由空间光通信)作为一种新型无线通信方式，结合了光纤通信与微波通信的优点，利用FSO信号代替RF射频信号进行无线信能同传，除了提高无线信能同传的能量利用效率的优点以外，还具有以下优点：

1.高数据传输率。对激光脉冲进行调制解调后，光通信可以提供高达10Gbps(每秒千兆位)量级的数据传输率，远远高于目前RF及微波通信传输速度。

2.传输容量大，微波频率大致在数GHz到数十GHz量级，而激光的频率大致在数百.THz量级，比微波高3-5个数量级，因而可以得到高得多的数据传输速率。

3.不用占用珍贵稀缺的频谱资源。

4.保密性强。捕捉这么窄的光束是非常困难的，从而大大提高了通信的保密性。

5.免受无线电波的干扰。

这里提到的FSO信号为源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到，也就是说，针对于现有的无线信能同传系统，只需要对源节点及中继节点进行改造即可，不需要对该系统中其它部分进行改动。

S102：对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量；

无线信能同传是通过无线方式实现信息和能量的同时传输，在此过程中中继节点通过将接收到的信号的一部分作为能量收集起来用于中继节点本身的能量消耗，另一部分部分用作信息再将其放大转发出去给用户；

优选的，这里提到的对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，其具体可以包括如图2所示的内容，请参考图2，图2为图1所提供的一种无线信能同传的方法中S102的一种实际表现方式的流程图。

其具体包括以下步骤：

S201：确定解码时段及能量收集时段；

S202：对在解码时段接收到的第一FSO信号进行解码，得到传输信息；

S203：对在能量收集时段接收到的第二FSO信号进行能量收集，得到传输能量，并根据公式Q₁＝ξ·p·t₂计算传输能量；

其中，Q₁为传输能量，ξ为由FSO信号转换为能量的转换效率，p为第二FSO信号的功率，t₂为能量收集时段；

本申请实施例将接收到的FSO信号进行分时段接收，先确定信号接收过程中的解码时段及能量收集时段，对在解码时段接收到的第一FSO信号进行解码，得到传输信息；对在能量收集时段接收到的第二FSO信号进行能量收集，得到传输能量，保证了信能同传的质量。

S103：消耗传输能量对传输信息进行转发。

在步骤S102的基础上，通过FSO信号得到了传输信息及传输能量，此时消耗该传输能量对传输信息进行转发，完成整个无线信能同传过程；

可选的，该传输能量具体可以存储于中继节点的储能装置中；

可选的，这里提到的消耗传输能量对传输信息进行转发，其具体可以为：

消耗传输能量将传输信息调制为第二射频信号进行转发，以使用户收到的信号仍为射频信号；

进一步的，该第二射频信号可以与第一射频信号相同。

基于上述技术方案，本申请所提供的一种无线信能同传的方法，通过先接收源节点由第一射频信号进行转换得到的FSO信号，然后对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，最后消耗传输能量对传输信息进行转发，由于FSO信号所包含的能量强劲，相比传统射频信号FSO信号所能转换为发射功率的能力大大提升，避免了传统射频信号传输损耗大的问题，提高了能量的利用效率。

针对于上一实施例的步骤S101，其中所描述的FSO信号为源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到，该FSO信号的转换过程具体可以为：

源节点根据公式将第一射频信号转换为FSO信号；

其中，y为FSO信号，G为固定增益，为射频信号转换为FSO信号的转换系数，h为信道衰减系数，s为射频信号，ω为噪声。

在此基础上，步骤S102中所描述的对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，其具体也可以为如图3所示的步骤，下面结合图3进行说明。

请参考图3，图3为图1所提供的一种无线信能同传的方法中S102的另一种实际表现方式的流程图。

其具体包括以下步骤：

S301：接收输入的功率分配系数σ；

S302：根据公式计算FSO信号的解码分量，并对解码分量进行解码，得到传输信息；

S303：根据公式计算FSO信号的能量分量，并对解码分量进行能量收集，得到传输能量，并根据公式Q₂＝ξ·σ·p₂·T计算传输能量；

其中，y₁为FSO信号的解码分量，y₂为FSO信号的能量分量，Q₂为传输能量，p₂为第二FSO信号所携带的能量，T为接收FSO信号的时间段。

可选的，还可以通过多天线方式完成对FSO信号的解码及能量收集，即，将一部分天线用作能量收集，另一部分天线用作信息进行解码转发。

本申请实施例将接收到的信号进行功率分裂，一部分用作能量收集，一部分用作信息解码转发给用户，在接收输入的功率分配系数σ时，根据公式计算FSO信号的解码分量，并对解码分量进行解码，得到传输信息；根据公式计算FSO信号的能量分量，并对解码分量进行能量收集，得到传输能量，保证了信能同传的质量。

请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种无线信能同传的装置的结构图。

该装置可以包括：

接收模块100，用于接收源节点发射的FSO信号；其中，FSO信号为源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；

解码及能量收集模块200，用于对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量；

转发模块300，用于消耗传输能量对传输信息进行转发。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的另一种无线信能同传的装置的结构图。

该解码及能量收集模块200可以包括：

接收子模块，用于接收输入的功率分配系数σ；

第一解码子模块，用于根据公式计算FSO信号的解码分量，并对解码分量进行解码，得到传输信息；

第一能量收集子模块，用于根据公式计算FSO信号的能量分量，并对解码分量进行能量收集，得到传输能量，并根据公式Q₂＝ξ·σ·p₂·T计算传输能量；

其中，y₁为FSO信号的解码分量，y₂为FSO信号的能量分量，Q₂为传输能量，p₂为第二FSO信号所携带的能量，T为接收FSO信号的时间段。

该解码及能量收集模块200也可以包括：

确定子模块，用于确定解码时段及能量收集时段；

第二解码子模块，用于对在解码时段接收到的第一FSO信号进行解码，得到传输信息；

第二能量收集子模块，用于对在能量收集时段接收到的第二FSO信号进行能量收集，得到传输能量，并根据公式Q₁＝ξ·p·t₂计算传输能量；

其中，Q₁为传输能量，ξ为由FSO信号转换为能量的转换效率，p为第二FSO信号的功率，t₂为能量收集时段。

该转发模块300可以包括：

转发子模块，用于消耗传输能量将传输信息调制为第二射频信号进行转发。

由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

请参考图6，图6为本申请实施例所提供的一种中继设备的结构图。

该中继设备可以包括：

天线400，用于接收源节点发射的FSO信号；消耗传输能量对传输信息进行转发；其中，FSO信号为源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；

解码及能量收集组件500，用于对FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量。

进一步的，该解码及能量收集组件500可以包括：

接收元件，用于接收输入的功率分配系数σ；

第一解码元件，用于根据公式计算FSO信号的解码分量，并对解码分量进行解码，得到传输信息；

第一能量收集元件，用于根据公式计算FSO信号的能量分量，并对解码分量进行能量收集，得到传输能量，并根据公式Q₂＝ξ·σ·p₂·T计算传输能量；

其中，y₁为FSO信号的解码分量，y₂为FSO信号的能量分量，Q₂为传输能量，p₂为第二FSO信号所携带的能量，T为接收FSO信号的时间段。

该解码及能量收集组件500也可以包括：

确定元件，用于确定解码时段及能量收集时段；

第二解码元件，用于对在解码时段接收到的第一FSO信号进行解码，得到传输信息；

第二能量收集元件，用于对在能量收集时段接收到的第二FSO信号进行能量收集，得到传输能量，并根据公式Q₁＝ξ·p·t₂计算传输能量；

其中，Q₁为传输能量，ξ为由FSO信号转换为能量的转换效率，p为第二FSO信号的功率，t₂为能量收集时段。

由于中继设备部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此中继设备部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置、中继设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，功能调用装置，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本申请所提供的一种无线信能同传的方法、装置及中继设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。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，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种无线信能同传的方法，其特征在于，包括：

接收源节点发射的FSO信号；其中，所述FSO信号为所述源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；

对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量；

消耗所述传输能量对所述传输信息进行转发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述FSO信号的转换过程包括：

所述源节点根据公式将所述第一射频信号转换为所述FSO信号；

其中，y为所述FSO信号，G为固定增益，为所述射频信号转换为所述FSO信号的转换系数，h为信道衰减系数，s为所述射频信号，ω为噪声。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，包括：

接收输入的功率分配系数σ；

根据公式计算所述FSO信号的解码分量，并对所述解码分量进行解码，得到所述传输信息；

根据公式计算所述FSO信号的能量分量，并对所述解码分量进行能量收集，得到所述传输能量，并根据公式Q₂＝ξ·σ·p₂·T计算所述传输能量；

其中，y₁为所述FSO信号的解码分量，y₂为所述FSO信号的能量分量，Q₂为所述传输能量，p₂为所述第二FSO信号所携带的能量，T为接收所述FSO信号的时间段。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量，包括：

确定解码时段及能量收集时段；

对在所述解码时段接收到的第一FSO信号进行解码，得到所述传输信息；

对在所述能量收集时段接收到的第二FSO信号进行能量收集，得到所述传输能量，并根据公式Q₁＝ξ·p·t₂计算所述传输能量；

其中，Q₁为所述传输能量，ξ为由FSO信号转换为能量的转换效率，p为所述第二FSO信号的功率，t₂为所述能量收集时段。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，消耗所述传输能量对所述传输信息进行转发，包括：

消耗所述传输能量将所述传输信息调制为第二射频信号进行转发。

6.一种无线信能同传的装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收源节点发射的FSO信号；其中，所述FSO信号为所述源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；

解码及能量收集模块，用于对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到传输信息及传输能量；

转发模块，用于消耗所述传输能量对所述传输信息进行转发。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述解码及能量收集模块包括：

接收子模块，用于接收输入的功率分配系数σ；

第一解码子模块，用于根据公式计算所述FSO信号的解码分量，并对所述解码分量进行解码，得到所述传输信息；

第一能量收集子模块，用于根据公式计算所述FSO信号的能量分量，并对所述解码分量进行能量收集，得到所述传输能量，并根据公式Q₂＝ξ·σ·p₂·T计算所述传输能量；

其中，y₁为所述FSO信号的解码分量，y₂为所述FSO信号的能量分量，Q₂为所述传输能量，p₂为所述第二FSO信号所携带的能量，T为接收所述FSO信号的时间段。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述解码及能量收集模块包括：

确定子模块，用于确定解码时段及能量收集时段；

第二解码子模块，用于对在所述解码时段接收到的第一FSO信号进行解码，得到所述传输信息；

第二能量收集子模块，用于对在所述能量收集时段接收到的第二FSO信号进行能量收集，得到所述传输能量，并根据公式Q₁＝ξ·p·t₂计算所述传输能量；

其中，Q₁为所述传输能量，ξ为由FSO信号转换为能量的转换效率，p为所述第二FSO信号的功率，t₂为所述能量收集时段。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转发模块包括：

转发子模块，用于消耗所述传输能量将所述传输信息调制为第二射频信号进行转发。

10.一种中继设备，其特征在于，包括：

天线，用于接收源节点发射的FSO信号；消耗传输能量对传输信息进行转发；其中，所述FSO信号为所述源节点对接收到的第一射频信号进行转换得到；

解码及能量收集组件，用于对所述FSO信号进行解码及能量收集，得到所述传输信息及所述传输能量。