[发明专利]AMPSK无线携能通信系统的频域功率分配器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微带电路设计的频域功率分配器，该功率分配器是面向信息与能量同时传输的AMPSK(Asymmetric M-ary Phase Shift Keying,不对称多元相移键控)无线携能通信系统而设计的，属于数字通信信号处理技术与无线输电技术的交叉领域。

背景技术

随着社会的飞速发展，跨学科、多平台的整合与集成逐渐成为技术创新的重要趋势与产业进步的源源动力。能源和无线电频谱日益成为稀缺资源。因此，迫切需要整合通信技术与能源技术现有的研究成果，推陈出新，在满足人们对高效可靠的信息交互需求的同时，又能有效地应对能源和频谱短缺的压力。无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)这一全新概念便是在这样的社会需求背景下应运而生的，它是通信技术与输电技术交叉融合的一个前沿方向。旨在实现信息与能量的同步传输，在实现高效可靠通信的同时，完成能量的传输与收集，从而充分利用宝贵的发射功率，降低设备能耗，有效缓解能源压力。

目前在SWIPT系统中实现信息与能量同步传输的方式主要有两种：一是采用时分复用的方式，在划分的不同时隙中分别进行信息和能量的传递；二是索性将信息和能量分开传输，即收发两端之间建立起相互独立的两条链路，分别进行信息和能量的传递。然而，上述方案忽视了无线电波既是能量的载体，也是信息的载体这一本质属性，难以达到性能最优。

由于AMPSK(Asymmetric M-ary Phase Shift Keying,AMPSK)是一种保留载波的类正弦体制，因此可在高速高效传输信息的同时，充分利用载波能量实现无线输能；这样发射端只需发送一路AMPSK信号，便能在真正意义上实现信息与能量的同步传输，从而克服了现有方案的缺点。

本领域公知正弦波是功率型信号，其Fourier变换是个冲击函数，在频域能量高度集中，是最好的携能信号形式，但纯粹正弦信号理论上带宽为零，无法传递任何有用信息。如果保持正弦波频率不变，但其它波形参数(幅度、相位、形状、对称性或周期数等)被轻微调制，则尽管其功率谱主瓣和边带都会被展宽，但能量仍高度集中在载频上。超窄带(Ultra Narrow Band,UNB)技术正是基于上述思路发展而来，即设法使表示零和非零数据的载波波形稍有不同，保持调制波形与正弦波极为“相似”，能量高度集中。现有UNB技术的典型方案如下所述：

1、不对称二元相移键控调制

为了提高频谱利用率，现已出现了一系列数据“0”和“1”的调制时段不对称的二元相移键控调制方法，如：

①中国专利号为“ZL200710025203.6”、发明名称为“统一的正交二元偏移键控调制和解调方法”中，公开了统一的不对称二元相移键控(ABPSK：Asymmetric Binary Phase Shift Keying)调制；

②中国专利号为“ZL200910033322.5”、发明名称为“频谱紧缩的扩展二元相移键控调制和解调方法”中，公开了连续相位的扩展二元相移键控(CP-EBPSK：Continuous Phase-Extended Binary Phase Shift Keying)调制及其多种变形。

在中国专利申请号为“201210243474.X”、发明名称为“用于解调多路ABPSK信号的数字滤波器组”中，将上述两种调制统一表示为：

s₀(t)＝Asinω_ct，0≤t<T

其中，s₀(t)和s₁(t)分别表示码元"0"和"1"的调制波形；ω_c为载波角频率，T_c＝2π/ω_c为载波周期，T＝NT_c为码元周期，τ＝KT_c为调制区间；B-A为载波键控的幅度，σ为载波键控的相位：当调制波形为硬跳变时，σ∈[0,π]；而当调制波形连续时，σ＝±ξ·Δsin(η×2πf_ct)，0≤Δ≤1，0≤η≤1，并且ξ∈{-1,1}的取值即相位调制极性可用一个伪随机序列来控制。

2、不对称多元相移键控调制

如果利用多元信息符号键控(1)式中调制区间τ在码元周期T中的位置，又可得到一系列不对称的多元相移键控(AMPSK：Asymmetric M-ary Phase Shift Keying)调制，其表达式如下：