Ampsk無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，不同于傳統(tǒng)的時(shí)域功率分配方案，該功率分配器在頻域?qū)⒔邮招盘?hào)分解成兩部分，其中載頻分量用于能量收集，而邊帶分量用于信息解調(diào)；借助該功率分配器，在將接收信號(hào)的載波能量提取出來(lái)用于為設(shè)備供電的同時(shí)，可完成對(duì)調(diào)制信號(hào)的解調(diào)；因此，僅需發(fā)送一路信號(hào)便能在真正意義上實(shí)現(xiàn)信息與能量的同步傳輸。該功率分配器是由3dB分支定向耦合器和功率合成電路構(gòu)成的三端口網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明在維持AMPSK調(diào)制信號(hào)頻譜利用率高、信息傳輸速率快等優(yōu)勢(shì)的前提下，充分發(fā)掘保留載波的類正弦體制的潛力，是AMSPK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的重要組成部分之一。
【專利說(shuō)明】AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于微帶電路設(shè)計(jì)的頻域功率分配器，該功率分配器是面向信息與能量同時(shí)傳輸?shù)腁MPSK(Asymmetric M-ary Phase Shift Keying,不對(duì)稱多兀相移鍵控)無(wú)線攜能通信系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，屬于數(shù)字通信信號(hào)處理技術(shù)與無(wú)線輸電技術(shù)的交叉領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，跨學(xué)科、多平臺(tái)的整合與集成逐漸成為技術(shù)創(chuàng)新的重要趨勢(shì)與產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的源源動(dòng)力。能源和無(wú)線電頻譜日益成為稀缺資源。因此，迫切需要整合通信技術(shù)與能源技術(shù)現(xiàn)有的研究成果，推陳出新，在滿足人們對(duì)高效可靠的信息交互需求的同時(shí)，又能有效地應(yīng)對(duì)能源和頻譜短缺的壓力。無(wú)線攜能通信(Simultaneous WirelessInformat1n and Power Transfer, SWIPT)這一全新概念便是在這樣的社會(huì)需求背景下應(yīng)運(yùn)而生的，它是通信技術(shù)與輸電技術(shù)交叉融合的一個(gè)前沿方向。旨在實(shí)現(xiàn)信息與能量的同步傳輸，在實(shí)現(xiàn)高效可靠通信的同時(shí)，完成能量的傳輸與收集，從而充分利用寶貴的發(fā)射功率，降低設(shè)備能耗，有效緩解能源壓力。
[0003]目前在SWIPT系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信息與能量同步傳輸?shù)姆绞街饕袃煞N:一是采用時(shí)分復(fù)用的方式，在劃分的不同時(shí)隙中分別進(jìn)行信息和能量的傳遞；二是索性將信息和能量分開(kāi)傳輸，即收發(fā)兩端之間建立起相互獨(dú)立的兩條鏈路，分別進(jìn)行信息和能量的傳遞。然而，上述方案忽視了無(wú)線電波既是能量的載體，也是信息的載體這一本質(zhì)屬性，難以達(dá)到性能最優(yōu)。
[0004]由于 AMPSK (Asymmetric M~ary Phase Shift Keying, AMPSK)是一種保留載波的類正弦體制，因此可在高速高效傳輸信息的同時(shí)，充分利用載波能量實(shí)現(xiàn)無(wú)線輸能；這樣發(fā)射端只需發(fā)送一路AMPSK信號(hào)，便能在真正意義上實(shí)現(xiàn)信息與能量的同步傳輸，從而克服了現(xiàn)有方案的缺點(diǎn)。
[0005]本領(lǐng)域公知正弦波是功率型信號(hào)，其Fourier變換是個(gè)沖擊函數(shù)，在頻域能量高度集中，是最好的攜能信號(hào)形式，但純粹正弦信號(hào)理論上帶寬為零，無(wú)法傳遞任何有用信息。如果保持正弦波頻率不變，但其它波形參數(shù)(幅度、相位、形狀、對(duì)稱性或周期數(shù)等)被輕微調(diào)制，則盡管其功率譜主瓣和邊帶都會(huì)被展寬，但能量仍高度集中在載頻上。超窄帶(Ultra Narrow Band, UNB)技術(shù)正是基于上述思路發(fā)展而來(lái)，即設(shè)法使表示零和非零數(shù)據(jù)的載波波形稍有不同，保持調(diào)制波形與正弦波極為“相似”，能量高度集中。現(xiàn)有UNB技術(shù)的典型方案如下所述:
[0006]1、不對(duì)稱二元相移鍵控調(diào)制
[0007]為了提高頻譜利用率，現(xiàn)已出現(xiàn)了一系列數(shù)據(jù)“O”和“I”的調(diào)制時(shí)段不對(duì)稱的二元相移鍵控調(diào)制方法，如:
[0008]①中國(guó)專利號(hào)為“ZL200710025203.6”、發(fā)明名稱為“統(tǒng)一的正交二元偏移鍵控調(diào)制和解調(diào)方法”中，公開(kāi)了統(tǒng)一的不對(duì)稱二元相移鍵控(ABPSK:Asymmetric Binary PhaseShift Keying)調(diào)制；
[0009]②中國(guó)專利號(hào)為“ZL200910033322.5”、發(fā)明名稱為“頻譜緊縮的擴(kuò)展二元相移鍵控調(diào)制和解調(diào)方法”中，公開(kāi)了連續(xù)相位的擴(kuò)展二元相移鍵控(CP-EBPSK ContinuousPhase-Extended Binary Phase Shift Keying)調(diào)制及其多種變形。
[0010]在中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮椤?01210243474.X”、發(fā)明名稱為“用于解調(diào)多路ABPSK信號(hào)的數(shù)字濾波器組”中，將上述兩種調(diào)制統(tǒng)一表示為:
[0011]s0(t) = Asinωct, O ^ t<T
,、I Β?χ\(ω?±σ), 0<t<r(I)
[。。12]0<γ?<Γ
[0013]其中，S0 (t)和81(0分別表示碼元"O"和"1〃的調(diào)制波形；ω。為載波角頻率，Tc= 2π/ω。為載波周期，T = NT。為碼元周期，τ = ΚΤ。為調(diào)制區(qū)間；Β-Α為載波鍵控的幅度，σ為載波鍵控的相位:當(dāng)調(diào)制波形為硬跳變時(shí)，σ e [0，π];而當(dāng)調(diào)制波形連續(xù)時(shí)，σ =土 ξ.Asin(n X2Jifct),0彡Λ彡1，0彡η彡1，并且ξ e {-1, 1}的取值即相位調(diào)制極性可用一個(gè)偽隨機(jī)序列來(lái)控制。
[0014]2、不對(duì)稱多元相移鍵控調(diào)制
[0015]如果利用多元信息符號(hào)鍵控⑴式中調(diào)制區(qū)間τ在碼元周期T中的位置，又可得到一系列不對(duì)稱的多兀相移鍵控(AMPSK !Asymmetric M-ary Phase Shift Keying)調(diào)制，其表達(dá)式如下:
A sin (O1 “0<t < NTrk = Q

IA sin (0.t.0<t< (k -1) AT
Γππ?β? c (f\ — <(2,)
k < 5sin(叫/ 土 σ)， (/c -1) AT <t < (k -r )AT \<k< M -1

A sin coj,(k 一 r, )KT < t < NT
、I*
[0017]其中，sk(t)表示碼元“k”的調(diào)制波形，k = 0，1，-,M-1 ;rg為碼元保護(hù)間隔控制因子，0<rg〈l ;其余參數(shù)的定義與式(I)相同。由&和整數(shù)M、N、K構(gòu)成了改變信號(hào)帶寬、傳輸功效和解調(diào)性能的“調(diào)制參數(shù)”。
[0018]依據(jù)中國(guó)專利號(hào)為“ZL200710025202.1”、發(fā)明名稱為“多元位置相移鍵控調(diào)制和解調(diào)方法”的專利內(nèi)容，取相位調(diào)制角度σ = 以及Α = Β= 1，可得到一種最常用的多元位置相移鍵控(MPPSK:M_ary Phase Posit1n Shift Keying),其表達(dá)式如下:
sin cort,0<t< NTk = 0
iSincoJ,0<t<{k-\)KT寸
[0019]5.}(?) = 1.(3)
J土 σ), (k -\)KT <t<(k- r?.) K Tr \<k<M-1

sin oj.t,(k-1 )KTr <t< NT,
[0020]特別地，當(dāng)M = 2且rg = 0時(shí)，MPPSK調(diào)制退化為常見(jiàn)的擴(kuò)展的二元相移鍵控(EBPSK Extended BPSK)調(diào)制(常取B = -A)，其表達(dá)式如下:
A ■ sin ωΓ?,O </ < N'Tk = Q
[0021]5,(/) = < \ BO < / < KT\<k<M-\ ⑷

} A-Sin (OiUKT < ? < NTr
[0022]AMPSK/ABPSK調(diào)制信號(hào)的功率譜表現(xiàn)出高載波和低邊帶的鮮明特點(diǎn)，可得到很高的頻譜利用率以及優(yōu)異的攜能特性，其頻譜特征如圖1所示，可形象地理解成由載頻上高大的“頻譜樹(shù)”加上邊帶上低矮的“頻譜草”兩部分構(gòu)成。圖2中給出了通過(guò)理論計(jì)算以及采用Welch功率譜估計(jì)方法求得的EBPSK信號(hào)(AMPSK中最簡(jiǎn)單的特例)載波能量占信號(hào)總能量的百分比。可見(jiàn)AMPSK信號(hào)能量高度集中在載頻處，具有優(yōu)異的攜能特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，該功率分配器在頻域處將接收信號(hào)分解成兩部分，其中載頻分量用于能量收集，而邊帶分量用于信息解調(diào)，以避免引起信號(hào)能量損耗及相互干擾，能更加有效地實(shí)現(xiàn)信息與能量的同時(shí)傳輸。本發(fā)明在維持AMPSK調(diào)制信號(hào)頻譜利用率高、信息傳輸速率快等優(yōu)勢(shì)的前提下，充分發(fā)掘保留載波的類正弦體制的潛力，是AMSPK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的重要組成部分之一，也為無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一條新穎的可行思路。
[0024]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0025]無(wú)線攜能通信是無(wú)線輸能(Wireless Power Transfer, WPT)與無(wú)線通信(Wireless Informat1n Transmiss1n, WIT)相結(jié)合的產(chǎn)物。本發(fā)明擬在現(xiàn)有WPT技術(shù)基礎(chǔ)之上，通過(guò)引入具有優(yōu)異攜能特性的AMPSK作為信息調(diào)制方案，并以本發(fā)明所設(shè)計(jì)的頻域功率分配器作為接收端的動(dòng)態(tài)功率分配(Dynamic Power splitting, DPS)方案,使現(xiàn)有WPT兼具WIT的功能。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的頻域功率分配器是AMSPK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的核心元件之一，不同于傳統(tǒng)的時(shí)域功率分配方案，該功率分配器在頻域?qū)⒔邮盏腁MPSK信號(hào)分解成兩部分，其中載頻分量用于能量收集，而邊帶分量用于信息解調(diào)。因此，發(fā)射端僅需要發(fā)送一路AMPSK信號(hào)，便能在真正意義上實(shí)現(xiàn)信息與能量的同步傳輸。
[0026]本發(fā)明的具體方案為:一種AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，在完成對(duì)載波能量收集的同時(shí)，可完成對(duì)調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，該功率分頻器包括由3dB分支定向耦合器和功率合成電路兩部分組成的一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，其中3dB分支定向I禹合器包括一個(gè)輸入端口、一個(gè)信息解調(diào)端口和兩個(gè)耦合端口，功率合成電路包括兩個(gè)輸入端口和一個(gè)能量收集端口，3dB分支定向耦合器的兩個(gè)耦合端口分別與功率合成電路的兩個(gè)輸入端口相連，在功率合成電路的兩個(gè)輸入端口之間跨接有一個(gè)吸收電阻r，利用吸收電阻r可有效隔離功率合成電路的兩個(gè)輸入端口 ；3dB分支定向耦合器在頻域?qū)⒔邮盏降腁MPSK信號(hào)分解成兩部分，分別為載頻分量和邊帶分量，其中載頻分量用于能量收集，邊帶分量用于信息解調(diào)；3dB分支定向耦合器的信息解調(diào)端口具有窄帶帶阻特性，用于獲取AMPSK信號(hào)的邊帶分量，從而獲得與發(fā)送碼元相對(duì)應(yīng)的沖擊波形；3dB分支定向耦合器的兩個(gè)耦合端口，具有幾乎無(wú)插損的帶通特性，用于精確提取AMPSK信號(hào)的載頻分量，借助功率合成電路將兩路信號(hào)合成后，由能量收集端口輸出載波能量。信息解調(diào)端與能量收集端彼此獨(dú)立，不會(huì)造成信號(hào)能量的損耗及相互干擾，能有效地從接收信號(hào)中同時(shí)獲取信息與能量。
[0027]優(yōu)選的，所述AMPSK信號(hào)在一個(gè)碼元周期NT。內(nèi)的簡(jiǎn)化表達(dá)式為:A sin ω t,O < ^ < NTk = Q
C 'C.4 sin ω t,0<t< (Jc-\)KT
[0028]5,(0 = 1LL
' < 5sm(q/±0.), (k-VykT <t < (k — f'r、kT \ < k < M -1

A sin ω t,(k - r )KT < t < NT
1g
[0029]其中，sk(t)表示碼元“k”的調(diào)制波形，k = 0，1，-,M-1 ;rg為碼元保護(hù)間隔控制因子，O彡rg〈l ; ω。為載波角頻率，T。= 2 JI/ω。為載波周期，T = NT。為碼元周期，τ =ΚΤ。為調(diào)制區(qū)間；B-A為載波鍵控的幅度，σ為載波鍵控的相位:當(dāng)調(diào)制波形為硬跳變時(shí)，σ e [O, 31 ];當(dāng)調(diào)制波形連續(xù)時(shí)，σ = ± ξ * Asin(n X2 3ifct),0^ Δ ^ 1,0^ η 彡 1，并且ξ e {-1, 1}的取值即相位調(diào)制極性可用一個(gè)偽隨機(jī)序列來(lái)控制；由&和整數(shù)Μ、N、K構(gòu)成改變信號(hào)帶寬、傳輸功效和解調(diào)性能的調(diào)制參數(shù)，可兼顧極高的頻譜利用率和優(yōu)異的攜能特性。
[0030]優(yōu)選的，該頻域功率分配器以微帶電路形式實(shí)現(xiàn)，印制于電路板上。
[0031]優(yōu)選的，構(gòu)成頻域功率分配器的微帶電路中，對(duì)傳輸線進(jìn)行彎折處理，以減小整體的尺寸。
[0032]有益效果:本發(fā)明提供的AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，相比較于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)勢(shì):
[0033]1、電路簡(jiǎn)單價(jià)廉，體積小、重量輕、便于模數(shù)混合集成；
[0034]2、信息解調(diào)端輸出波形與沖擊濾波輸出波形一致，可直接兼容基于數(shù)字沖擊濾波的解調(diào)器；
[0035]3、與現(xiàn)有的時(shí)分復(fù)用方式、以及能量與信息獨(dú)立傳輸?shù)姆绞较啾?，本發(fā)明在發(fā)射端僅需要發(fā)送一路信號(hào)，便能夠完成信息與能量的同步傳輸，信息與能量的傳輸效率更高，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為精簡(jiǎn)；
[0036]4、使設(shè)備擺脫傳統(tǒng)導(dǎo)線的束縛，有效延長(zhǎng)用電設(shè)備的生存時(shí)間，增強(qiáng)用電設(shè)備對(duì)惡劣環(huán)境和極端工況的適應(yīng)性，避免因反復(fù)更換電池及鋪設(shè)供電線路所造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)；
[0037]5、將AMPSK調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于無(wú)線攜能通信系統(tǒng)中，在高效利用頻譜資源傳輸信息的同時(shí)，可為能量受限型設(shè)備無(wú)線供電。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為在約62.5MHz載頻上實(shí)測(cè)的信號(hào)功率譜:其中I (a)為EBPSK調(diào)制，K:N =3:1600，碼率 53.5kbps,-60dB 功率帶寬 326Hz，頻譜利用率 164bps/Hz ; I (b)為 MPPSK調(diào)制，K:N = 3:1800，M = 512，碼率 428kbps，_60dB 功率帶寬 478Hz，頻譜利用率 895bps/Hz ；
[0039]圖2為在調(diào)制占空比取值滿足N > 20，K = 2時(shí)，EBPSK信號(hào)載波能量占總能量的理論計(jì)算與功率譜估計(jì)結(jié)果；結(jié)果均表明=EBPSK信號(hào)載波能量占總能量的90%以上，且隨著N取值的增大而逐漸趨近于100% ;EBPSK信號(hào)的能量高度集中在載頻，具有優(yōu)異的攜能特性；對(duì)于B = O的缺周期調(diào)制(MCM)，作為EBPSK的一個(gè)特例，其能量更為集中；
[0040]圖3為所述SWIPT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，主要由發(fā)射端的信息調(diào)制模塊、WPT系統(tǒng)以及接收端的DPS方案、整流與解調(diào)電路構(gòu)成；發(fā)射端采用AMPSK調(diào)制方案對(duì)正弦載波進(jìn)行調(diào)制；發(fā)射端與接收端之間以WPT系統(tǒng)為紐帶相連接，構(gòu)成能量與信息傳輸?shù)臒o(wú)線鏈路；接收端借助于DPS方案將接收的信號(hào)功率進(jìn)行分配，一部分用于信息解調(diào)，另一部分用于能量收集，從而實(shí)現(xiàn)信息與能量的同時(shí)傳輸；
[0041]圖4為微帶分支定向耦合器結(jié)構(gòu)示意圖，該向耦合器利用經(jīng)各分支線耦合得到的分波在各個(gè)端口所形成的波程差，使之在某一端口同相而疊加，在另一端口反相而抵消，從而構(gòu)成定向I禹合器；其中端口(2)、端口(3)稱為分支定向I禹合器的I禹合端,端口(4)稱為分支定向I禹合器的隔絕端；
[0042]圖5為運(yùn)用奇模、偶模的概念及疊加原理進(jìn)行分析的原理圖；將定向耦合器沿其對(duì)稱平面一分為二，使四端口網(wǎng)絡(luò)變?yōu)閮蓚€(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)；5(a)所示為分支定向耦合器各端口輸入輸出電壓示意圖；5(b)所示為將5 (a)中端口(I)、(4)輸入信號(hào)分解為兩個(gè)分量疊加的等效示意圖；5(c)所示為其中的偶模工作情況；5(d)所示為其中的奇模工作情況；
[0043]圖6為偶模工作情況示意圖；定向耦合器分支線對(duì)稱面上的電壓等幅同相，電流等于0，等效為開(kāi)路，故可以沿對(duì)稱面將定向耦合器分成如圖6所示的兩個(gè)獨(dú)立的二端口網(wǎng)絡(luò)；6(a)為偶模二端口網(wǎng)絡(luò)等效電路圖；6(b)為將并聯(lián)分支線等效為并聯(lián)導(dǎo)納后的偶模二端口網(wǎng)絡(luò)等效電路圖；
[0044]圖7為奇模工作情況示意圖；定向耦合器分支線對(duì)稱面上的電壓等幅反向，電壓等于0，等效為短路，故可以沿對(duì)稱面將定向耦合器分成如圖7所示的兩個(gè)獨(dú)立的二端口網(wǎng)絡(luò)；7(a)為奇模二端口網(wǎng)絡(luò)等效電路圖；7(b)為將并聯(lián)分支線等效為并聯(lián)導(dǎo)納后的奇模二端口網(wǎng)絡(luò)等效電路圖；
[0045]圖8為分支定向耦合器端口(2)、(3)輸出波形示意圖；其中的相位比^?滯后
π/2,而的相位比L^1滯后π，即端口(2)、(3)的輸出相差為90度；
[0046]圖9為相位調(diào)節(jié)后分支定向耦合器端口(2)、(3)輸出波形示意圖；通過(guò)將分支定向耦合器端口⑵的輸出傳輸線延長(zhǎng)λρ(ι/4便可將端口(2)、(3)兩路輸出信號(hào)的相位調(diào)節(jié)到一致；
[0047]圖10為頻域功率分配器信息解調(diào)端輸出的與發(fā)送碼元相位跳變處相對(duì)應(yīng)的明顯的“沖擊”波形；
[0048]圖11為微帶三端口功率分配電路原理圖；信號(hào)由端口 I輸入，端口 I處所接傳輸線的特性阻抗為Ztl，分別經(jīng)特性阻抗為Zc^Ztl3的兩分支微帶線，從端口 2和端口 3輸出，負(fù)載電阻分別為R2和R3;兩分支之間無(wú)耦合，在中心頻率時(shí)的電長(zhǎng)度均為θ = π/2;
[0049]圖12為微帶三端口功率分配器結(jié)構(gòu)示意圖；考慮到輸出端口 2和端口 3所接負(fù)載并不是阻值分別為R2和R3的純電阻，而是特性阻抗為Ztl的傳輸線，因此，需要在其間各引入一段λ ρ/4傳輸線作為阻抗變換器；
[0050]圖13為所述AMPSK攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器結(jié)構(gòu)示意圖；該功率分配器是由3dB分支定向耦合器和功率合成電路構(gòu)成的三端口網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)將3dB分支定向耦合器的端口(2)、(3)分別與功率合成電路的端口 2、3相連接而構(gòu)成；其中端口 I為信號(hào)輸入端，端口 2為信息解調(diào)端，端口 3為能量收集端；
[0051]圖14為所述AMPSK攜能通信系統(tǒng)頻域功率分配器實(shí)施例電路結(jié)構(gòu)示意圖；該頻域功率分配器工作頻率f。= 2.45GHz ;為了減小電路的橫向尺寸，與圖13所示原理圖相比，在最終的設(shè)計(jì)電路中對(duì)部分傳輸線進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膹澱厶幚恚@些處理并不會(huì)對(duì)電路的設(shè)計(jì)原理與實(shí)際性能造成影響；
[0052]圖15為所述AMPSK攜能通信系統(tǒng)頻域功率分配器S參數(shù)的仿真曲線；其中，在載頻附近S (1，I)均小于-20dB，說(shuō)明輸入端口匹配良好；在載頻處的S (1，3)的值為-0.0841dB，表明載頻分量由端口 I輸入并由端口 3輸出時(shí)，僅損耗約2%的功率，載頻分量可以幾乎無(wú)損地通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)；而載頻處的S(l，2)的值為-39.5471dB, S21對(duì)載頻呈現(xiàn)出很好的帶阻特性；
[0053]圖16為輸入端(端口 I)輸入信號(hào)與能量收集端(端口 3)輸出信號(hào)對(duì)比；輸入信號(hào)的幅度為876.3mV，而輸出波形的幅度為876.0mV，可見(jiàn)，載頻分量通過(guò)該電路所帶來(lái)的功率損耗很微小；
[0054]圖17為信息解調(diào)端(端口 2)輸出的“沖擊”波形；可以看到與發(fā)送碼元相位跳變處相對(duì)應(yīng)的明顯的“沖擊”波形；而且“沖擊”幅度可達(dá)到400mV左右，約為輸入信號(hào)幅度的一半。

【具體實(shí)施方式】
[0055]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0056]本發(fā)明擬在現(xiàn)有WPT技術(shù)基礎(chǔ)之上，通過(guò)引入具有優(yōu)異攜能特性的AMPSK作為信息調(diào)制方案，并以本發(fā)明所設(shè)計(jì)的頻域功率分配器作為接收端的動(dòng)態(tài)功率分配方案，使現(xiàn)有WPT兼具WIT的功能。所述AMSPK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)框圖如圖所示，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的頻域功率分配器是AMSPK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的核心元件之一，不同于傳統(tǒng)的時(shí)域功率分配方案，該功率分配器在頻域?qū)⒔邮盏腁MPSK信號(hào)分解成兩部分，其中載頻分量用于能量收集，而邊帶分量用于信息解調(diào)。因此，發(fā)射端僅需要發(fā)送一路AMPSK信號(hào)，便能在真正意義上實(shí)現(xiàn)信息與能量的同步傳輸。
[0057]—種AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，在完成對(duì)載波能量收集的同時(shí)，可完成對(duì)調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，該功率分頻器包括由3dB分支定向耦合器和功率合成電路兩部分組成的一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，其中3dB分支定向I禹合器包括一個(gè)輸入端口、一個(gè)信息解調(diào)端口和兩個(gè)耦合端口，功率合成電路包括兩個(gè)輸入端口和一個(gè)能量收集端口，3dB分支定向耦合器的兩個(gè)耦合端口分別與功率合成電路的兩個(gè)輸入端口相連，在功率合成電路的兩個(gè)輸入端口之間跨接有一個(gè)吸收電阻r，利用吸收電阻r可有隔離功率合成電路的兩個(gè)輸入端口 ；3dB分支定向耦合器在頻域?qū)⒔邮盏降腁MPSK信號(hào)分解成兩部分，分別為載頻分量和邊帶分量，其中載頻分量用于能量收集，邊帶分量用于信息解調(diào)；3dB分支定向耦合器的信息解調(diào)端口具有窄帶帶阻特性，用于獲取AMPSK信號(hào)的邊帶分量，從而獲得與發(fā)送碼元相對(duì)應(yīng)的沖擊波形；3dB分支定向耦合器的兩個(gè)耦合端口，具有幾乎無(wú)插損的帶通特性，用于精確提取AMPSK信號(hào)的載頻分量，借助功率合成電路將兩路信號(hào)合成后，由能量收集端口輸出載波能量。信息解調(diào)端與能量收集端彼此獨(dú)立，不會(huì)造成信號(hào)能量的損耗及相互干擾，能有效地從接收信號(hào)中同時(shí)獲取信息與能量。
[0058]所述AMPSK信號(hào)在一個(gè)碼元周期NT。內(nèi)的簡(jiǎn)化表達(dá)式為:

【權(quán)利要求】
1.AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，其特征在于:在完成對(duì)載波能量收集的同時(shí)，可完成對(duì)調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，該功率分配器包括由3dB分支定向耦合器和功率合成電路兩部分組成的一個(gè)三端口網(wǎng)絡(luò)，其中3dB分支定向I禹合器包括一個(gè)輸入端口、一個(gè)信息解調(diào)端口和兩個(gè)耦合端口，功率合成電路包括兩個(gè)輸入端口和一個(gè)能量收集端口，3dB分支定向耦合器的兩個(gè)耦合端口分別與功率合成電路的兩個(gè)輸入端口相連，在功率合成電路的兩個(gè)輸入端口之間跨接有一個(gè)吸收電阻r，利用吸收電阻r可有效隔離功率合成電路的兩個(gè)輸入端口 ；3dB分支定向耦合器在頻域?qū)⒔邮盏降腁MPSK信號(hào)分解成兩部分，分別為載頻分量和邊帶分量，其中載頻分量用于能量收集，邊帶分量用于信息解調(diào)；3dB分支定向耦合器的信息解調(diào)端口具有窄帶帶阻特性，用于獲取AMPSK信號(hào)的邊帶分量，從而獲得與發(fā)送碼元相對(duì)應(yīng)的沖擊波形；3dB分支定向耦合器的兩個(gè)耦合端口，具有無(wú)插損的帶通特性，用于精確提取AMPSK信號(hào)的載頻分量，借助功率合成電路將兩路信號(hào)合成后，由能量收集端口輸出載波能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，其特征在于:所述AMPSK信號(hào)在一個(gè)碼元周期NT。內(nèi)的簡(jiǎn)化表達(dá)式為:.
其中，sk(t)表示碼元“k”的調(diào)制波形，k = O, I, -,M-1 ；rg為碼元保護(hù)間隔控制因子,O≤rg〈l ; ω。為載波角頻率，T。= 2 /ω。為載波周期，T = NT。為碼元周期，τ =ΚΤ。為調(diào)制區(qū)間；B-A為載波鍵控的幅度，σ為載波鍵控的相位:當(dāng)調(diào)制波形為硬跳變時(shí)，σ e [O, 31 ];當(dāng)調(diào)制波形連續(xù)時(shí)，σ = ± ξ * Asin(n X2 3ifct),0^ Δ ^ 1,0≤ η ≤ 1，并且ξ e {-1, 1}的取值即相位調(diào)制極性可用一個(gè)偽隨機(jī)序列來(lái)控制；由&和整數(shù)Μ、Ν、Κ構(gòu)成改變信號(hào)帶寬、傳輸功效和解調(diào)性能的調(diào)制參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，其特征在于:該頻域功率分配器以微帶電路形式實(shí)現(xiàn)，印制于電路板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的AMPSK無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的頻域功率分配器，其特征在于:構(gòu)成頻域功率分配器的微帶電路中，對(duì)傳輸線進(jìn)行彎折處理，以減小整體的尺寸。
【文檔編號(hào)】H04L27/18GK104135454SQ201410396157
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】鄭祖翔, 吳樂(lè)南 申請(qǐng)人:東南大學(xué)