一種信息能量同傳發(fā)送方法及接收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)和無線充電技術(shù)的交叉領(lǐng)域，特別涉及一種信息能量同 傳發(fā)送方法及接收方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線信能同傳（Simultaneous Wireless Information and Energy Transfer)，艮P 通過無線方式實(shí)現(xiàn)信息和能量的同時(shí)傳輸，是集成無線通信技術(shù)和無線能量傳輸技術(shù)的新 興通信技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，整合能源技術(shù)和通信技術(shù)成為趨勢，既能實(shí)現(xiàn)高速可靠的通 信，又能有效緩解能源和頻譜稀缺的壓力，在工業(yè)、醫(yī)療、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展等方面有著重要的 應(yīng)用價(jià)值。無線信能同傳突破傳統(tǒng)的無線通信手段，將能量屬性同時(shí)考慮，整合無線通信技 術(shù)和無線能量傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息和能量的并行同時(shí)傳輸，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和創(chuàng)新意 義：基于信息與能量同時(shí)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，用于各類依靠有限容量電池提供電能的無線終端或 器件，通過從信號中采集能量為其饋電，極大延長待機(jī)時(shí)間，減小設(shè)備體積和成本，并能夠 大幅減少電池的生產(chǎn)量，大大降低電池生產(chǎn)制造與回收過程中造成的環(huán)境污染?；诜墙?觸式的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，可取代電池或者線纜供電，極大的提升供電的便利性?；诜€(wěn)定 性和可持續(xù)性的特點(diǎn)，可替代傳統(tǒng)能量采集器（Energy Harvester)以采集環(huán)境能量（如風(fēng) 能、太陽能、動(dòng)能等）為主的方式。同時(shí)，無線信能同傳在改善人民生活方面的應(yīng)用也是廣 泛的，會產(chǎn)生極大的社會效益：在醫(yī)療領(lǐng)域，植入醫(yī)療裝置如心臟起搏器、心血管機(jī)器人等 均存在嚴(yán)重的電池能量短缺問題，無線信能同傳技術(shù)的裝配可避免對患者造成嚴(yán)重的二次 痛苦。在技術(shù)上，東南大學(xué)的鄭祖翔、吳樂南等提出了 AMPSK超窄帶調(diào)制技術(shù)，并基于此調(diào) 制技術(shù)設(shè)計(jì)了頻域功率分配器，【申請?zhí)枴?01410396157. 0,專利名稱"AMPSK無線攜能通信 系統(tǒng)的頻域功率分配器"，該技術(shù)由于頻帶超窄，信息速率會大打折扣，而且在功率分配的 過程中會造成功率損耗，另外信號在功率密度上可能會大大超出安全標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種信息能量同傳發(fā)送方法及接收方法。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
[0005] 一種信息能量同傳發(fā)送方法，應(yīng)用于發(fā)射端設(shè)備，所述方法包括：
[0006] 發(fā)射端基于第一優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第一優(yōu)化目標(biāo)和第一約束條件集來確定第一基 帶信號的第一預(yù)分配參數(shù)集；
[0007] 發(fā)射端基于第一優(yōu)化結(jié)果和第二優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第二優(yōu)化目標(biāo)和第二約束條件 集來確定第二基帶信號的第二預(yù)分配參數(shù)集；
[0008] 根據(jù)第一預(yù)分配參數(shù)集和第二預(yù)分配參數(shù)集，將基帶信號中的第一基帶信號和第 二基帶信號處理成相應(yīng)的射頻信號通過天線進(jìn)行發(fā)送；
[0009] 所述第一基帶信號、第二基帶信號為基帶信號中的信息基帶信號、能量基帶信號 二者之一，所述第一基帶信號不同于第二基帶信號。
[0010] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0011] 進(jìn)一步的，所述發(fā)射端為多載波發(fā)射機(jī)，所述第一基帶信號為能量基帶信號，所述 第一優(yōu)化目標(biāo)涉及：使約束條件成立的情況下，能量信號載波個(gè)數(shù)最小和能量信號的功率 最小，所述第一約束條件集涉及：
[0012] -接收機(jī)所采集功率大于等于接收機(jī)在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)工作所需的最低功率；
[0013] -子載波上的能量信號功率之和小于等于能量信號的總功率；
[0014] -每個(gè)子載波頻段上的平均功率譜密度小于等于一個(gè)既定的參數(shù)值。
[0015] 上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：以無線能量傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行無線信息傳輸， 能夠保證接收機(jī)所采集功率達(dá)到相應(yīng)工作模式所需的最低功率，保障接收機(jī)正常工作，大 大增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。另外，由于接收機(jī)電路做信號處理消耗的功率可能會大 于信息信號本身的能量。本專利方案中能量信號的功率可能會大于甚至遠(yuǎn)大于信息信號的 功率，因此上述進(jìn)一步技術(shù)方案可以大大提高能量的利用率，減少能量的浪費(fèi)，更加綠色。
[0016] 進(jìn)一步，所述第一優(yōu)化參數(shù)集包括以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：
[0017] -接收機(jī)工作所需最低功率；
[0018] _每個(gè)子載波上的信道帶寬；
[0019] _每個(gè)子載波上的平均功率譜密度；
[0020] -信道參數(shù)向量。
[0021] 進(jìn)一步，所述第一預(yù)分配參數(shù)包括以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：
[0022] -能量信號子載波分配集；
[0023] -能量信號功率分配集；
[0024] -能量信號總功率。
[0025] 進(jìn)一步，所述發(fā)射端為多載波發(fā)射機(jī)，所述第二基帶信號為信息基帶信號；所述第 二優(yōu)化目標(biāo)涉及：使第二約束條件集成立的情況下，信息傳輸速率最大化；所述第二約束 條件集涉及：子載波上的信息信號功率之和小于等于信息信號的總功率。
[0026] 上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果是：通過優(yōu)化，使功率進(jìn)一步得到合理分配，通信 速率第一步提高，系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提升。
[0027] 進(jìn)一步的，所述第二優(yōu)化參數(shù)集包括以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：
[0028] _信息信號子載波集；
[0029] _信息信號子載波數(shù)；
[0030] -信道參數(shù)向量。
[0031] 進(jìn)一步的，所述第二預(yù)分配參數(shù)集包括以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：
[0032] -信息信號功率分配集；
[0033] -信息信號子載波分配集。
[0034] 進(jìn)一步的，將所述能量信號進(jìn)行頻譜擴(kuò)展再調(diào)制到預(yù)分配的載波頻段。
[0035] 本發(fā)明還公開了一種信息能量同傳接收方法，應(yīng)用于接收端設(shè)備，所述方法包 括：
[0036] 接收端接收發(fā)送端發(fā)送的射頻信號，
[0037] 將射頻信號分離并還原為原始的基帶信號，
[0038] 所述原始的基帶信號中包含信息基帶信號和能量基帶信號；
[0039] 將能量基帶信號進(jìn)行整流轉(zhuǎn)換為直流電信號存儲到儲能單元中。
[0040] 本發(fā)明的有益效果是：采用本發(fā)明所述信息能量同傳發(fā)送方法，在向接收端發(fā)送 信息信號的同時(shí)發(fā)送獨(dú)立的能量信號，能夠?yàn)榻邮諜C(jī)提供足夠能量，另外，通過優(yōu)化算法對 信息信號和能量信號進(jìn)行優(yōu)化，既能提高能量傳輸效率又能提高信息傳輸速率。另外，本發(fā) 明所述方法尤其適用于以下領(lǐng)域：
[0041] 植入人體的現(xiàn)代或未來醫(yī)療器件，例如心臟起搏器、人工心臟、心血管機(jī)器人、晶 體眼、電子耳蝸、電子跟腱、電子假肢等等，通過本專利所述方法，可以對其進(jìn)行信息和能量 的同時(shí)傳輸和接收，那么，既能為其饋電保障醫(yī)療器件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為需要這些醫(yī)療器件的 人們保障正常生活，而且可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)反饋病理和人體機(jī)理數(shù)據(jù)，通過建模預(yù)測， 防止意外的發(fā)生。同時(shí)，這些大量的數(shù)據(jù)可以分享給醫(yī)療科學(xué)的專家進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，大大促 進(jìn)醫(yī)療水平的發(fā)展。
[0042] 無線設(shè)備，例如：無線低功耗的傳感器網(wǎng)絡(luò)