一种信息能量同传发送方法及接收方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信技术和无线充电技术的交叉领域，特别涉及一种信息能量同 传发送方法及接收方法。
【背景技术】
[0002] 无线信能同传（Simultaneous Wireless Information and Energy Transfer)，艮P 通过无线方式实现信息和能量的同时传输，是集成无线通信技术和无线能量传输技术的新 兴通信技术。随着科技的发展，整合能源技术和通信技术成为趋势，既能实现高速可靠的通 信，又能有效缓解能源和频谱稀缺的压力，在工业、医疗、基础设施发展等方面有着重要的 应用价值。无线信能同传突破传统的无线通信手段，将能量属性同时考虑，整合无线通信技 术和无线能量传输技术，实现信息和能量的并行同时传输，具有广泛的应用价值和创新意 义：基于信息与能量同时传输的特点，用于各类依靠有限容量电池提供电能的无线终端或 器件，通过从信号中采集能量为其馈电，极大延长待机时间，减小设备体积和成本，并能够 大幅减少电池的生产量，大大降低电池生产制造与回收过程中造成的环境污染。基于非接 触式的远距离传输的特点，可取代电池或者线缆供电，极大的提升供电的便利性。基于稳定 性和可持续性的特点，可替代传统能量采集器（Energy Harvester)以采集环境能量（如风 能、太阳能、动能等）为主的方式。同时，无线信能同传在改善人民生活方面的应用也是广 泛的，会产生极大的社会效益：在医疗领域，植入医疗装置如心脏起搏器、心血管机器人等 均存在严重的电池能量短缺问题，无线信能同传技术的装配可避免对患者造成严重的二次 痛苦。在技术上，东南大学的郑祖翔、吴乐南等提出了 AMPSK超窄带调制技术，并基于此调 制技术设计了频域功率分配器，【申请号】201410396157. 0,专利名称"AMPSK无线携能通信 系统的频域功率分配器"，该技术由于频带超窄，信息速率会大打折扣，而且在功率分配的 过程中会造成功率损耗，另外信号在功率密度上可能会大大超出安全标准。
【发明内容】
[0003] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种信息能量同传发送方法及接收方法。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0005] 一种信息能量同传发送方法，应用于发射端设备，所述方法包括：
[0006] 发射端基于第一优化参数集，根据第一优化目标和第一约束条件集来确定第一基 带信号的第一预分配参数集；
[0007] 发射端基于第一优化结果和第二优化参数集，根据第二优化目标和第二约束条件 集来确定第二基带信号的第二预分配参数集；
[0008] 根据第一预分配参数集和第二预分配参数集，将基带信号中的第一基带信号和第 二基带信号处理成相应的射频信号通过天线进行发送；
[0009] 所述第一基带信号、第二基带信号为基带信号中的信息基带信号、能量基带信号 二者之一，所述第一基带信号不同于第二基带信号。
[0010] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0011] 进一步的，所述发射端为多载波发射机，所述第一基带信号为能量基带信号，所述 第一优化目标涉及：使约束条件成立的情况下，能量信号载波个数最小和能量信号的功率 最小，所述第一约束条件集涉及：
[0012] -接收机所采集功率大于等于接收机在一个单位时间内工作所需的最低功率；
[0013] -子载波上的能量信号功率之和小于等于能量信号的总功率；
[0014] -每个子载波频段上的平均功率谱密度小于等于一个既定的参数值。
[0015] 上述进一步技术方案的有益效果是：以无线能量传输为基础进行无线信息传输， 能够保证接收机所采集功率达到相应工作模式所需的最低功率，保障接收机正常工作，大 大增强了系统的稳定性和可靠性。另外，由于接收机电路做信号处理消耗的功率可能会大 于信息信号本身的能量。本专利方案中能量信号的功率可能会大于甚至远大于信息信号的 功率，因此上述进一步技术方案可以大大提高能量的利用率，减少能量的浪费，更加绿色。
[0016] 进一步，所述第一优化参数集包括以下参数中的一个或多个：
[0017] -接收机工作所需最低功率；
[0018] _每个子载波上的信道带宽；
[0019] _每个子载波上的平均功率谱密度；
[0020] -信道参数向量。
[0021] 进一步，所述第一预分配参数包括以下参数中的一个或多个：
[0022] -能量信号子载波分配集；
[0023] -能量信号功率分配集；
[0024] -能量信号总功率。
[0025] 进一步，所述发射端为多载波发射机，所述第二基带信号为信息基带信号；所述第 二优化目标涉及：使第二约束条件集成立的情况下，信息传输速率最大化；所述第二约束 条件集涉及：子载波上的信息信号功率之和小于等于信息信号的总功率。
[0026] 上述进一步技术方案的有益效果是：通过优化，使功率进一步得到合理分配，通信 速率第一步提高，系统的性能进一步提升。
[0027] 进一步的，所述第二优化参数集包括以下参数中的一个或多个：
[0028] _信息信号子载波集；
[0029] _信息信号子载波数；
[0030] -信道参数向量。
[0031] 进一步的，所述第二预分配参数集包括以下参数中的一个或多个：
[0032] -信息信号功率分配集；
[0033] -信息信号子载波分配集。
[0034] 进一步的，将所述能量信号进行频谱扩展再调制到预分配的载波频段。
[0035] 本发明还公开了一种信息能量同传接收方法，应用于接收端设备，所述方法包 括：
[0036] 接收端接收发送端发送的射频信号，
[0037] 将射频信号分离并还原为原始的基带信号，
[0038] 所述原始的基带信号中包含信息基带信号和能量基带信号；
[0039] 将能量基带信号进行整流转换为直流电信号存储到储能单元中。
[0040] 本发明的有益效果是：采用本发明所述信息能量同传发送方法，在向接收端发送 信息信号的同时发送独立的能量信号，能够为接收机提供足够能量，另外，通过优化算法对 信息信号和能量信号进行优化，既能提高能量传输效率又能提高信息传输速率。另外，本发 明所述方法尤其适用于以下领域：
[0041] 植入人体的现代或未来医疗器件，例如心脏起搏器、人工心脏、心血管机器人、晶 体眼、电子耳蜗、电子跟腱、电子假肢等等，通过本专利所述方法，可以对其进行信息和能量 的同时传输和接收，那么，既能为其馈电保障医疗器件的正常运转，为需要这些医疗器件的 人们保障正常生活，而且可以通过移动网络实时反馈病理和人体机理数据，通过建模预测， 防止意外的发生。同时，这些大量的数据可以分享给医疗科学的专家进行数据分析，大大促 进医疗水平的发展。
[0042] 无线设备，例如：无线低功耗的传感器网络