论文部分内容阅读
无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)是近几年才兴起的新技术,是无线能量传输(Wireless Power Transfer,WPT)与无线信息传输(Wireless Information Transmission,WIT)相结合的产物。传统的通信系统只是利用无线信号进行信息传输,而无线携能通信旨在提取接收信号中信息的同时,提取其中的能量,从而提高设备的使用寿命,节能环保。在传感器网络、医疗电子、RFID、智能家居及物联网等众多领域有着巨大潜力。本文的思路是从WPT系统出发,探讨利用WPT系统传输信息的可能。无线能量传输主要有3种方式:电磁耦合,电磁谐振和微波输能。电磁耦合和谐振的方式都是通过线圈利用近场电磁感应传输能量,在较近距离能够实现高效的能量传输。微波输能利用大功率微波源将能量发射到空中,接收端需要整流天线将接收到的交流功率转换为直流功率,该种方式能够实现远距离能量传输,但是大功率微波会对人体造成伤害。本文主要分析了近场和远场两种场景下利用WPT系统传输信息的可能。通过仿真和理论分析给出了系统的误码率和能量传输效率曲线,以及携能通信系统的设计和优化过程。另外探讨了调制方式对携能通信系统性能的影响,主要比较了传统调制方式以及以扩展的二元相移键控(Extended Binary Phase Shift Keying,EBPSK)调制为代表的高效调制技术用于SWIPT系统的性能。高效调制具有高频谱利用率,其频谱分为边带和载波,并且能量集中于载波。由于具有载波,所以适合用来传输能量,另外该调制方式也能实现信息的可靠与高效传输,非常适合用于SWIPT系统。通过改变调制参数,可以调节载波和边带的功率比,从而寻找信息传输和能量传输的折中。最后还研究了基于高效调制的无线携能通信系统在射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)中的应用。RFID是物联网中的重要技术,广泛应用于商品的识别和管理,物流跟踪,身份识别等方面。它能够非接触地一次性识别大量的标签,比传统的条形码具有更高的识别效率,并且还能向标签写入信息。RFID标签分为主动式和被动式,主动式标签为有源标签,需要电池或者外部能量供应,能够实现远距离的通信和复杂的信号处理,但体积较大且价格昂贵,只能用于少数场合。而被动式标签由于价格低廉、体积小巧而被广泛应用,如身份证,公交卡等ID卡即采用的是频率为13.56MHz的射频识别技术。被动式的标签内部没有电源,其工作的所有能量均来自于读写器发射的电磁信号,因此只能采用简单的调制方式进行信息传输,最常用的是ASK调制。标签内部将接收信号一分为二,一部分整流后产生供标签工作的直流电源,另一部分用于解调信息。对于被动式的RFID标签,在读写器向标签发送信号的下行链路中,涉及到同时传输信息和能量,因此很自然地将无线携能通信的研究成果应用到该领域。在保证信息可靠通信的同时,向RFID标签传输更多的能量,对提高标签的工作距离有着重要的意义。