[发明专利]基于方波调制的分离信道式双向无线电能与信号同步传输系统

说明书

本发明提出一种基于方波调制的分离信道式双向无线电能与信号同步传输系统，其电路结构由分离的无线电能传输模块和无线信号传输模块构成，并由罐型磁芯组成的磁耦合结构相连接，所述磁耦合结构在磁芯内部绕功率线圈，在磁芯外部绕信号线圈。在保证电能稳定传输的前提下，通过方波调制产生方波信号，再经磁感应耦合方式进行信号传输，无需采用载波，不需要复杂的调制和解调电路，且最大通信速率不受电能传输的影响，易于抗串扰设计。通过数字量来实现信号的传输，有效地抑制了功率与信号之间的串扰，实现了信号的稳定传输。

技术领域

本发明属于无线电能及无线信号传输技术领域，尤其涉及一种基于方波调制的分离信道式双向无线电能与信号同步传输系统。

背景技术

当前，无线电能与信号同步传输系统（SWIPT）主要可以分为两大类：分离信道式和共享信道式。两者的区别在于电能与信号同步传输时所占用的信道的个数。

其中，分离信道式无线电能与信号同步传输系统是在原有无线电能传输系统的基础上，新增加一条独立的信号通路来实现无线通信的。信号源经信号调制电路调制后进入信号线圈，信号在信道中传输，最终由信号解调电路解调得到数字信号，从而实现原副边的通信。该系统的基本结构框图如说明书附图1所示。

在无线电能与信号同步传输系统中，实现能量与信息的并行、同步高效传输是其根本目的。在传统的通信系统中，一般采用正弦波作为信号载波，与基带信号相乘，调制后的模拟信号传输至接收侧，接收侧通过检测波形的幅值、频率或相位来获得相应信息。现有的正弦波信号调制方式如下：

1、幅移键控信号调制（ASK）

通过改变载波信号的振幅大小来代表信号，例如以载波幅度A₁表示数字信号“1”，用载波幅度A₂表示数字信号“0”。而载波信号的频率和相位是恒定的，其调制示意图如说明书附图2所示。

2、频移键控信号调制（FSK）

通过改变载波信号的振荡频率大小来代表信号，例如以载波频率ƒ₁表示数字信号“1”，用载波频率ƒ₂表示数字信号“0”。而载波信号的幅值和相位是恒定的，其调制示意图如说明书附图3所示。

3、相移键控信号调制（PSK）

移相键控分两种，绝对移相和相对移相。以二进制调相为例，绝对移相使用以未调载波的相位作为基准，调制后的载波与未调载波同相，码元为“1”；调制后载波与未调载波反相，码元为“0”。而代表“1”和“0”的载波相位差为180°，其调制示意图如说明书附图4所示。

现有技术存在的缺陷主要包括：

1、由于接收侧是通过分析载波的幅值、频率或相位来还原数字信号的，这就要求信号载波在信号传递中的衰减不能太大，否则接收侧将无法检测到信号载波的幅值、频率和相位。而在无线通信中，由于气隙的存在，信号传输的衰减会很明显，这就要求信号载波必须以较高的频率传输。而这一需求会加大系统的参数设计难度。

2、为保证信号载波能在接收侧被准确地解调，通常需要将信号调制周期设置为若干倍的信号载波频率，以提高解调的准确度。这就导致信号传输速率与信号载波频率紧密相关，信号传输速率往往仅为信号载波频率的若干分之一，而一个无线通信系统传输的载波信号频率往往受限于误码率或者电路硬件，这样同样限制了信号传输速率。

3、采用载波对信号进行调制，是一个数字量变模拟量的过程，传输过程采用的信号是模拟信号，而模拟信号相对于数字信号更易受到干扰，因此在接收侧解调得到的信号可能会产生误码。

4、载波信号获取过程中需要较大的滤波器才能滤除主功率的大信号。

产生上述缺点的原因是因为采用了载波对信号进行调制，使得传输方式变成了模拟信号传输，加大了受干扰的程度。

发明内容