专利名称：无线网络中射频(rf)电能传输的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及电能传输，具体地讲，涉及一种经由射频(RF)辐射，到相同装置的电能和数据传输。
背景技术：
随着移动电子装置的激增，许多无线装置必须由电池来供电。例如，在无线局域网 (WLAN)或无线个域网(WPAN)网状网络中的装置是电池供电的。在这样的网络中，节点的数量可能是非常大的。用于支撑无线网状网络的技术挑战之一是维持在网络中的数百个或者甚至数千个节点的电池。目前的电池技术要求无线传感器节点的电池每几天更换或至多每几个月更换。这对于广泛采用无线网状网络是障碍。
发明内容
技术方案本发明提供一种在包括多个无线站的无线网络中进行射频(RF)电能传输的方法和系统。有益效果在本发明中，控制信号表示使包括集成的无线电能和数据传输模块的装置(例如，无线站或节点)能够在电能接收模式和数据通信模式之间切换(即，电能模式切换)的控制信息。所述控制信号使网络中的接收装置能够确定何时(在电能接收模式和数据通信模式之间)切换模式以及切换到何种模式。这样允许接收装置得以避免在能量接收和数据通信之间的冲突，并从而避免丢失来自其他装置的数据消息。
图1示出根据本发明实施例的无线装置的功能框图，其中，所述无线装置使用射频(RF)辐射实现将电荷发送到该无线装置的电荷存储单元，并将信息传送到相同装置。图2示出根据本发明实施例的星型拓扑无线网络。图3示出根据本发明实施例的网状(对等)无线网络。图4示出根据本发明实施例的用于接入无线通信介质的、用于使用RF辐射将电荷发送到无线装置的电荷存储单元并将信息传送到相同装置的超帧调度格式。图5示出根据本发明实施例的用于接入共享的无线通信介质的、不使用保证时隙 (GTS)的、用于数据和电能传输的超帧调度格式。图6示出根据本发明实施例的用于接入无线通信介质的、使用一个或多个GTS的、 用于数据和电能传输的超帧调度格式。图7示出用于接入无线通信介质的请求发送(RTS)调度帧结构。图8示出用于接入无线通信介质的允许发送(CTS)调度帧结构。图9示出用于接入无线通信介质的、使用RTS/CTS帧和网络分配矢量(NAV)指示符的示例通信协议。图10示出根据本发明实施例的用于网状网络中的电能接收的、使用RTS/CTS帧和 NAV指示符的通信协议。图11示出根据本发明实施例的用于网状网络中的电能接收的、使用RTS/CTS帧和 NAV指示符的通信协议。最佳方式一实施例包括产生用于使接收无线站在电能接收模式和数据接收模式之间切换的控制信号，该控制信号提供切换信息，其中，所述切换信息包括关于将要切换到多个模式中的哪个模式的信息以及关于切换的定时的信息；基于控制信号使无线站在电能接收模式和数据接收模式之间切换；其中，在数据接收模式中，接收无线站将来自发送无线站的RF 传输作为数据通信来处理，在电能接收模式中，接收无线站将RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来处理。两种类型的控制信号可被用于电能模式切换。第一种类型产生于接收站的媒体访问控制(MAC)层并被发送该站的物理(PHY)层，以进行电能模式切换。第二种类型是请求发送/允许发送(RTS/CTQ，并且它在发送站和接收站之间交换。 这种类型的信号也需要被发送到PHY层，以控制在数据接收模式和电能接收模式之间的切换。参照以下描述、权利要求和附图，本发明的这些以及其他特征、方面和优点将变得
易于理解。
具体实施例方式本发明提供一种用于使用射频(RF)辐射将电荷发送到装置的电荷存储单元，并将信息传送到相同装置的方法和系统。一实施例提供一种在RF无线网络中对RF电能传输的跨层控制的处理。所述控制处理允许无线通信和电能传输两者使用单个、普通的天线。本发明将控制信号提供给集成的无线电能和数据传输模块。该控制信号使所述集成的无线电能和数据传输模块能够工作在无线网络(诸如具有星型或网状(即，对等)拓扑的网络) 中。所述控制信号表示使包括集成的无线电能和数据传输模块的装置(例如，无线站或节点)能够在电能接收模式和数据通信模式之间切换(即，电能模式切换)的控制信息。 在一示例星型通信网络中，协调器站(或主装置)是电能发送器，也是通信网络的中央控制器。由协调器发送的信标帧被网络中的接收装置所利用，以控制在电能接收模式和数据通信模式之间切换的定时。在网状网络中，由于没有协调器/主装置，因此网络中的装置通过分散于网络中的该装置的邻近装置和/或其他装置中发生的数据传输来进行充电。所述控制信号使网络中的接收装置能够确定何时(在电能接收模式和数据通信模式之间)切换模式以及切换到何种模式。这样允许接收装置得以避免在能量接收和数据通信之间的冲突， 并从而避免丢失来自其他装置的数据消息。在一示例中，这允许对星型或网状拓扑网络中的无线节点的可再充电电池进行充电。节点可通过以下方式对其电池再充电从星型网络中的协调器或主装置接收电能传输； 或偷听(接收)网状网络中的其他节点之间的数据传输，并将这样接收到的数据传输用作电能传输；或者从网状网络中电力网供电(mains powered)的邻近装置(例如，由来自AC电源插座的电供电的装置，其中，所述来自AC电源插座的电可首先被转换为DC电)接收电能传输。正如说明的，在星型网络中，来自协调器的信标帧被用于在网络中的每个节点处控制在数据通信模式和电能传输模式之间切换的定时。在网状网络中，RTS/CTS(请求发送/ 允许发送)协议可被用于建立用于在所述两种模式之间切换的定时。另外，帧间保护时间被实现为电能帧间空间(PIFS，power inter-frame space)，以允许在网状网络中电力网供电的装置对电池供电的装置进行充电。图1示出根据本发明实施例的包括无线节点11的示例通信系统10，其中，所述无线节点11包括电能接收电路12、数据接收电路13和接口 14(包括射频(RF)前端电路)， 所述接口 14基于由站中的控制器15产生的控制信号而在电能接收电路和数据接收电路之间切换模式。接口 14可在任何可能的时候切换到电能接收模式，并且不负面地影响数据通信。在图1中示出的示例中，接口 14包括处于数据接收模式的切换模块16，其中，所有接收到的RF电能被供应给数据接收电路13。控制器15确定何时在数据通信和能量(电能) 接收之间进行切换。在一实施例中，起控制器15的作用的无线站的MAC层产生所述控制信号，并且无线站的PHY层起用于RF通信的通信模块的作用。控制信号产生于无线站的MAC层，并从无线站的MAC层被发送到PHY层(即，跨层控制)，以执行电能模式切换。在一实施方式中，邻近无线站(节点)中的MAC层协同确定哪个节点对可在给定时间段使用共享通信介质(例如，通信信道)。根据本发明的实施例，当节点在一时间段期间被禁止发送或接收数据时，它随后可切换到电能接收模式，而不影响数据通信。以下，根据本发明的实施例，针对星型和网状(对等)拓扑中的节点来描述模式切换的示例。星型网络拓扑参照图2，星型网络拓扑20包括中央控制器22 (实现协调器功能)和一个或多个无线装置(节点)11。星型拓扑的示例实施方式包括WLAN接入点(或无线路由器)和 WLAN装置、WPAN网络的微微网(Piconet)协调器和装置，以及蓝牙主装置和从装置。在以下描述中，术语“协调器”或“主装置”用于指中央控制器22，术语“从装置”或“简单装置” 用于指星型网络中不是中央控制器的装置11。控制器22提供通信调度(超帧结构)，装置11利用所述通信调度来在给定时间段经由一个或多个无线通信信道发送或接收数据。每个装置11包括控制器15的功能。由于协调器是电能发送器，并且不需要RF电能，因此星型拓扑协调器(或主)不需要这种功能。协调器通常是电力网供电，且不需要电能接收电路。在网状拓扑中，由于网状协调器可能不是电力网供电，因此协调器应该能够接收RF电能。协调器确定用于接入共享信道的超帧结构。一旦装置11 (无线站)(通过监听信标)被告知超帧结构，所述装置可相应地在数据接收模式和电能接收模式之间切换。每个装置11基于它从协调器接收的信标中获得的信息来确定何时进行切换。每个装置11中的接口 14根据在MAC层确定的通信调度来控制开关16，从而接口 14在由控制信号所指定的时间(和一持续时间内)将装置11切换到由控制信号指定的两种模式中的一种。控制开关16的功能可在每个装置11的MAC层中被实现。在大多数情况中，任何两个装置11之间的通信可能需要通过协调器21进行中继， 即使所述两个装置11位于彼此的通信范围内(称作直接通信)。当根据本发明的实施例将无线电能传输应用到网络20时，假设协调器21是电力网供电的，并且当协调器21不发送数据时能够将电能发送到装置11。另外，当协调器21将数据发送到所选择的装置11时，未选择的装置11中的一个或多个可切换到电能接收模式，并将从协调器21到所选择的装置的数据传输视为电源。同样地，对于同一数据传输，所选择的装置接收来自协调器的传输作为数据，而未选择的装置接收同一传输作为能量，以对(例如)它们的电池进行再充电。用于通信调度的超帧结构在一实施例中，IEEE 802. 15. 4 (LR-WPAN)通信标准被用于星型网络20。LR-WPAN 标准可在超帧结构下可选地操作或以完全不规则的模式(基于竞争的时隙CSMA/CA)操作。 对于无线电能传输，在优选实施例中，如图4中所示利用超帧结构30。超帧30的格式由协调器21 (在这个示例中，也是电能发送器)定义。每个超帧30在信标31处开始，其中，所述信标由协调器21发送。在这个示例中，超帧30被划分为16个相等大小的时隙32。在每个超帧的第一时隙中发送信标31。对于个域网(PAN)，信标31用于同步装置11、识别已调度的PAN装置11以及描述超帧的结构。希望在两个信标31之间的竞争接入周期(CAP)期间进行通信的任何装置11 使用时隙CSMA-CA机制来与其他装置11竞争。在当前超帧期间调度的所有传输需要在下一网络信标的时间之前完成。对于低延时应用或需要特定数据带宽的应用，PAN协调器21 可将活跃超帧(active Superframe)30的特定时隙提供给这些应用。这样的时隙32g被称为保证时隙(GTS)。GTS形成无竞争周期(CFP)，CFP通常出现在始于紧接CAP的时隙边界的活跃超帧的末尾处。PAN协调器可分配多至7个的GTS，GTS可占用多于1个时隙时间段。 当使用GTS时，所有基于竞争的处理需要在CFP开始之前完成。另外，在GTS中进行发送的每个装置11需要保证其处理在下一 GTS的时间之前或CFP结束之前完成。超帧30可包括活跃周期和非活跃周期。在现有系统中，协调器21和PAN装置11 两者可在非活跃周期期间进入低功率模式。当协调器被用于无线电能传输时，协调器在非活跃周期期间将电能发送到PAN装置，这是因为当时没有装置11在该周期期间发送或接收任何数据。在具有星型拓扑的网络中，存在两种类型的数据处理。一种是数据传送到协调器， 其中，装置发送数据，另一种是数据从协调器传送，其中，装置接收数据。两个装置之间的直接数据交换在星型拓扑的LR-WPAN中是不被允许的。当在有信标使能(beacon-enabled)的网络中，装置希望将数据传送到协调器时， 所述装置首先检测网络信标。当检测到信标时，所述装置同步到超帧结构。在合适的点，所述装置使用时隙CSMA-CA将数据帧发送到协调器。协调器通过发送可选的应答帧来应答数据帧的成功接收。此刻所述处理完成。当在有信标使能网络中，协调器希望将数据传送到装置时，协调器在信标中指示数据消息待处理(pending)。所述装置周期性地监听网络信标，如果消息待处理，则所述装置使用时隙CSMA-CA发送请求数据的MAC命令。协调器通过发送可选的应答帧来应答数据请求的成功接收。随后使用时隙CSMA-CA将待处理数据帧从协调器发送到所述装置。所述装置通过发送应答帧来应答数据的成功接收。此刻所述处理完成。一旦接收到应答，从信标中的待处理消息的列表移除所述消息。带有电能传输的数据传输模型
协调器根据本发明的实施例，如果超帧中的GTS未被使用，则即使在没有数据要发送到装置11时，协调器21在CAP结束之前也不发送纯电能(不携带任何信息的RF波形)。这是由于装置11可能有将发送到协调器21的数据，因此协调器21保持处于数据通信模式。 如果GTS被使用，则协调器21延长其处于数据通信模式的保持时间，直到GTS时隙中的通信结束。即使在协调器21未在发送电能时，一个或多个装置11也可从协调器21和其他装置11之间的数据通信中接收电能，只要所述一个或多个装置处于电能接收模式。装置装置11在数据通信模式中周期性地监听信标。如果在检测到信标时装置11确定有来自协调器的待处理消息(由信标有效载荷字段携带)，则所述装置遵循惯例标准在以检测到的信标开始的超帧周期期间从协调器获得数据。在接收到数据之后，如果在这个超帧周期期间装置11没有要发送到协调器的数据，则装置11可切换到电能接收模式。否则， 根据本发明，装置11首先将数据发送到协调器21，随后切换到电能接收模式。一旦切换到电能接收模式，直到恰在下一信标时间之前为止，装置11保持处于电能接收模式。如果装置11检测到没有来自协调器的待处理消息，则装置11可在这个超帧周期期间装置11没有要发送到协调器的数据的情况下立即切换到电能接收模式。否则，装置首先将数据发送到协调器，随后切换到电能接收模式。一旦切换到电能接收模式，直到恰在下一信标时间之前为止，装置11保持处于电能接收模式。如果超帧中的GTS时隙被分配给装置11，则所述装置保持处于数据通信模式，直到它使用GTS时隙完成数据通信。装置11可随后切换到电能接收模式。图5示出根据本发明实施例的不使用GTS时隙的用于数据和电能传输的示例超帧 40。当GTS时隙未被使用时，协调器21保持处于通信模式，直到CAP结束。在CAP之后，协调器21可开始发送纯电能，直到非活跃周期结束。如果装置11之中的装置1有要发送到协调器21的数据，并且超帧40的时隙1被用于传输，则在时隙1的结束处，装置11-1可切换到电能接收模式。如果装置11之中的装置2有来自协调器21的数据消息，并且时隙4被用于从协调器21获得数据，则在时隙4 的结束处，装置11-2可切换到电能接收模式。如果装置11之中的装置3没有要发送到协调器21的数据，并且没有要从协调器接收的数据，则在信标消息被装置11-3接收和检查之后，装置11-3可随后立即将其接收器电路切换到电能接收模式。在时隙0和时隙10之间，协调器21保持处于数据通信模式。但是，装置11能够从彼此的传输中接收电能。例如，在时隙1中，当装置11-1正在进行发送时，装置11-3可能能够接收数据消息传输。由于在相同的时间段中装置11-3处于电能接收模式，因此装置 11-3将接收的RF信号视为电能传输，并使用它来对装置11-3的储能装置进行充电。作为另一示例，在时隙4中，当协调器21正在将数据发送到装置11-2时，装置11-1和装置11-3 两者处于电能接收模式，因此它们可接收并存储传输的能量。图6示出根据本发明实施例的使用GTS时隙32g的用于数据和电能传输的示例超帧50。如果一个或多个装置使用GTS时隙32g，则协调器21保持处于通信模式，直到在GTS 时隙中的通信结束。此后，协调器21可开始发送纯电能，直到非活跃周期的结束。如果在CAP期间装置11-1有要发送到协调器21的数据，并且超帧50的时隙1被用于数据传输，则在时隙1的结束处，装置1可切换到电能接收模式(与在图5的超帧40 中相同)。如果装置11-2有来自协调器的数据消息，则GTS时隙(例如，时隙12)被分配用于从协调器获得该消息。装置2仅可在时隙12结束处切换到电能接收模式。装置11-3以与在超帧40中相似的方式操作。可选地，在超帧50中，装置2可在CAP期间切换到电能接收模式，并且如果装置2 在CAP期间没有什么要发送到协调器21，则在时隙12之前切换回通信模式。但是，由于协调器不在CAP期间发送电能，因此装置2仅可在其他装置11或协调器发送数据时从它们接收电能。装置11-2可在CAP期间利用特定信息来确定它是否应该切换到电能接收模式。例如，装置11-2可检查针对待处理地址列表的信标有效载荷，以确定需要与协调器进行数据通信的装置的数量。如果所述数量非零，则装置2可切换到电能接收模式，以利用在协调器和其他装置之间的至少若干传输的RF能量。网状网络拓扑在一示例网状网络(对等网络)中，诸如图3中的网络25，网络中的所有装置11 是电池供电的，而在另一示例中，网络25中的一个或多个装置11是电力网供电的。正如说明的，在网状网络中，协调器功能未被利用。只要涉及数据通信，网络中的所有装置是平等的。在不存在协调器的情况下，数据可在网络中的任何两个装置之间进行交换。装置11通过利用通信协议来实现所述控制器15(图1)的功能，其中，所述通信协议确定哪个装置11可在给定时间段经由一个或多个无线通信信道来发送或接收数据。每个装置11中的接口 14根据通信调度来控制开关16。控制开关16的功能可在每个装置11 的MAC层中被实现。GTS机制未被利用，相反，有信标使能(具有超帧结构)或无信标使能(没有超帧结构)的协议可被使用。根据本发明的实施例，对于有信标使能的网状网络，数据的通信被调度，从而之前针对星型网络描述的方法也可被采用。对于无信标使能的网状网络，每个装置可在其无线电影响范围内与每个其他装置进行通信。为了有效通信，在同步无线网状网络中，装置彼此(包括使用的信标)同步，或者在异步无线网状网络中，装置可接收随时被发送的数据。在前面的情况中，需要进行同步， 其中，在一示例中，装置以上述相似的方式来管理其对于数据通信和电能接收的调度。在后面的情况(即，异步无线网状网络)中，装置可使用非时隙CSMA-CA来简单地发送数据，但是装置的数据通信电路(收发器)保持为开。在异步无线网状网络中，其中，网络中的所有装置是电池供电的，仅有的电源是来自附近装置的RF数据传输。在这样的网络中，数据通信会随机发生，因此纯电能的传输必须进行调度。另外，由于被其他网络使用的相邻频带可能被阻塞，因此在相邻频带中的纯电能传输不是有利的。但是，如果装置在数据通信模式和电能接收模式之间选择性地切换，则当所述装置的附近装置在进行发送时，该装置可从附近装置接收RF电能。在一示例中，在网络中，请求发送(RTS)/允许发送(CTS)协议被用于实现切换到电能接收模式。RTS/CTS 减少了由隐藏终端问题和暴露装置问题所引入的帧冲突(诸如在IEEE 802. 11无线通信中)。在IEEE 802. 11中为RTS和CTS定义的示例帧格式分别在图7和图8中示出。
在图7中示出的RTS帧60中，持续时间值是发送待处理数据或管理帧、1个CTS帧、 1个ACK帧和3个短帧间空间(SIFS)间隔所需的时间段(微秒级)。RTS帧的RA(接收器地址)是作为所述待处理的目标数据(pending directed data)或管理帧的容器的装置的地址。TA(发送器地址)是发送RTS帧的装置的地址。在图8中示出的CTS帧70中，持续时间值是从紧接地前一 RTS帧的持续时间字段减去发送CTS帧及其SIFS间隔所需的时间段而获得的值。CTS帧的RA是从紧接地前一 RTS 帧的TA字段复制的，其中，CTS是对所述RTS帧的响应。希望将数据发送到目的(目标)接收器装置的发送器装置通过发送RTS帧发起处理。目的装置用CTS帧答复。接收CTS帧的任何其他装置避免在给定时间段内发送数据 (解决隐藏装置问题)。装置在尝试接入通信介质(例如，无线RF信道)之前应该等待的时间量包括在RTS帧和CTS帧两者中(即，持续时间字段中)。接收RTS帧但不接收CTS帧的任何其他装置被允许向其他附近装置进行发送(解决暴露节点问题)。RTS帧和CTS帧将这样的信息提供给剩余的网络装置(即，除数据发送器装置和数据接收器装置之外的装置)，所述信息包括在预留的信道时间段期间，只有指定装置(即，发送器装置)将进行传输。由于装置已预留信道，因此其他装置不能进行传输。在预留时间段期间，其他装置不是所述传输(例如，数据包)的目的地。预留的传输时间的长度。在预留的传输时间期间，其他装置将不接收从其他节点去往它们的任何数据帧。因此，所述剩余装置可切换到电能接收模式，以从由数据发送器的传输中接收电能。只有接收到RTS帧的装置可接收由该发送器装置发送的电能。仅接收到CTS的那些节点不能接收该传输。因此，根据本发明，两种类型的控制信号可被用于电能模式切换。第一种类型产生于接收站的MAC层并被发送到该站的PHY层，以进行电能模式切换。在下文中描述的第二种类型是RTS/CTS，并且它在发送站和接收站之间进行交换。图9提供使用RTS/CTS帧和网络分配矢量(NAV)指示符的示例协议80。被每个装置保留的NAV指示符指示在通信介质(例如，无线介质(WM))上的传输将不是由装置发起的那些时间段，无论装置的空闲信道评估(CCA，clear channel assessment)功能是否感测到无线介质被占用。根据本发明的实施例，协议80被用在针对网状网络中的电能接收而在图10中示出的示例处理90中。特别地，图10示出装置可从发送器装置(源)的数据传输中接收电能的合适的时间段。由于当装置处于NAV时，该装置将不进行发送，因此接收RTS 帧的所有装置立即进入NAV周期。除RTS帧的发送器源之外，将不存在在NAV期间进行发送的任何装置。因此，接收RTS的所有装置可切换到电能接收模式，并且不需要担心丢失任何数据通信。通过在NAV周期期间切换到电能接收模式，所述装置可通过其他装置的数据传输进行充电。在异步无线网状网络中(其中，所述网络中的一个或多个装置是电池供电的，而一个或多个其他装置是电力网供电的(即，混合电力网络))当附近没有装置在发送数据时，电力网供电的装置将电能发送到电池供电的装置。在一示例混合电力网状网络中，一个或多个装置是电力网供电的，其余装置是电池供电的。
为了防止电池供电的装置在电能传输期间发送数据包，用于电能传输的通信介质被预留，同时保持数据通信的优先级在电能传输之上。电能帧间空间(Pire)间隔被实现， 其中，PIFS间隔比分布式帧间空间(DIFS)间隔长，从而在附近的先前的数据通信之后而没有接收到用于数据传输的RTS帧时，用于电能传输的RTS帧一直被发送。参照在图11中的示例协议95，在根据本发明的一实施方式中，电能发送器(源) 可在它发送用于电能传输的RTS帧之前等待略长于DIFS间隔的时间段。上面的协议95仅适用于电能发送器，而不适用于其他电池供电的装置。修改RTS帧的格式，以反映其与在普通数据传输中的RTS帧的格式不同的事实。 在一实施方式中，用于RTS帧中的RA字段的广播地址Oxffff被使用。当其他装置接收具有作为RA的广播地址的RTS帧时，接收装置将该RTS帧识别为对电能传输的预留。因此在那种情况下，接收装置不使用CTS帧进行答复，并且RTS帧的发送器装置(电力网供电的装置)不期望接收CTS帧。当NAV的持续时间(S卩，电能传输的持续时间)结束时，所有装置再次开始载波侦听处理。如果在先前的NAV周期期间，一个或多个装置期望发送数据，则这样的装置可在 NAV结束处竞争通信介质。如果没有来自任何装置的数据，则电力网供电的装置可在等待一 PIFS间隔之后再次发送电能。由于数据传输和电能传输不能被同时执行，因此重要的是平衡被发送的能量的量和数据包的延时。长电能传输周期会延迟数据传输。短电能传输周期会导致装置在数据传输模式和电能传输模式之间频繁切换以对它们的电池进行充电，导致切换的开销和更多功
^^ ο根据本发明的实施例，一种用来确定电能传输的间隔和持续时间的方法在于确定附近的通信量模式。如果通信量模式非常规则(例如，在装置周期性地更新信息的传感器网络中)，则电力网供电的装置可估计数据传输的可能性非常低的时间段，并使用所述时间段来发送电能。在具有不规则的通信量模式的附近中，电力网供电的装置可分析平均的数据传输时间和数据传输之间的最小/最大间隔，完成对于电能传输的持续时间的有根据的选择。本发明适合于不同的网络，并不限于WPAN、WLAN和在这里的描述中提到的其他标准。如本领域的技术人员所知，根据本发明的上述示例架构可以以下面的许多方式来被实现诸如通过处理器执行的程序指令、如软件模块、微码、如计算机可读介质上的计算机程序产品、如逻辑电路、如专用集成电路、如固件等。另外，本发明的实施例可表现为以下形式完全的硬件实施例，完全的软件实施例，或者包括硬件元件和软件元件两者的实施例。 虽然已参照本发明的特定版本描述了本发明，然而，其他版本是可行的。因此，权利要求的精神和范围不应受限于这里包括的优选版本的描述。虽然已参照本发明的特定版本了描述了本发明，然而，其他版本是可行的。因此， 权利要求的精神和范围不应受限于这里包括的优选版本的描述。
权利要求
1.一种在包括多个无线站的无线网络中进行射频(RF)电能传输的方法，所述方法包括产生用于使接收无线站在电能接收模式和数据接收模式之间切换的控制信号，所述控制信号提供切换信息，其中，该切换信息包括关于将要切换到多个模式中的哪个模式的信息和关于切换的定时的信息；以及基于控制信号使无线站在电能接收模式和数据接收模式之间切换； 其中，在数据接收模式中，接收无线站将来自发送无线站的RF传输作为数据通信来处理，在电能接收模式中，接收无线站将RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来处理。
2.如权利要求1所述的方法，还包括接收站基于控制信号在数据接收模式和电能接收模式之间切换；在数据接收模式中，接收无线站将来自发送无线站的RF传输作为数据通信来利用；以及在电能接收模式中，接收无线站将RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来利用。
3.如权利要求1所述的方法，其中，将RF传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用的步骤还包括接收站将来自协调器站或来自对等站的RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来利用。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述无线网络包括星型网络，从而发送无线站起协调器站的作用；以及将RF传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用的步骤还包括接收站将来自协调器站的RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来利用。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述协调器站产生提供用于信道接入的调度信息的信标帧。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述无线网络包括网状网络，从而发送无线站起对等站的作用；以及将RF传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用的步骤还包括接收站将来自对等站的RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来利用。
7.如权利要求6所述的方法，还包括为了电能传输的目的，使用请求发送(RTQ/允许发送(CTQ协议。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述网状网络包括异步网状网络，所述方法还包括将请求发送(RTQ帧从发送站发送到目的接收站，并将允许发送(CTQ帧从目的接收站发送到发送站，其中，所述RTS帧和CTS帧将切换信息提供给剩余网络站，以使所述剩余装置在发送站和目的接收站之间的通信时间段期间切换到电能接收模式；以及将在通信时间段期间来自发送站的RF传输作为用于对所述剩余站供电的能量辐射来利用。
9.如权利要求7所述的方法，还包括提供电能帧间空间间隔，以允许电力网供电的无线站产生用于对电池供电的无线站供电的RF传输，从而防止电池供电的无线站在所述电能传输期间发送数据，其中，当在附近网络中的先前的数据通信之后没有接收到用于数据传输的RTS帧时，用于电能传输的RTS帧被一直发送。
10.一种用于在包括多个无线站的无线网络中进行射频(RF)电能传输的设备，所述设备包括控制器，被配置用于在接收站中运行，以产生用于使接收无线站在电能接收模式和数据接收模式之间切换的控制信号，所述控制信号提供切换信息，其中，该切换信息包括关于将要切换到多个模式中的哪个模式的信息和关于切换的定时的信息；其中，在数据接收模式中，接收无线站将来自发送无线站的RF传输作为数据通信来处理，在电能接收模式中，接收无线站将RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来处理。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述接收站将来自协调器站或来自对等站的RF 传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用。
12.如权利要求10所述的设备，其中，所述无线网络包括星型网络，从而发送无线站被配置为起协调器站的作用，并且接收站将来自协调器站的RF传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述协调器被配置用于产生提供关于信道接入的调度信息的信标帧。
14.如权利要求10所述的设备，其中所述无线网络包括网状网络，从而发送无线站起对等站的作用；以及接收站将来自对等站的RF传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用。
15.如权利要求10所述的设备，其中，所述网状网络包括异步网状网络，所述控制器包括被配置用于向物理(PHY)层发信令的媒体访问控制(MAC)层，用于将请求发送(RTS)帧从发送站发送到目的接收站，并将允许发送(CTQ帧从目的接收站发送到发送站，其中，所述RTS帧和CTS帧将切换信息提供给剩余网络站，以使所述剩余装置在发送站和目的接收站之间的通信时间段期间切换到电能接收模式；以及用于将在通信时间段期间来自发送站的RF传输作为用于对所述剩余站供电的能量辐射来利用。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述MAC层还被配置用于提供电能帧间空间间隔，以允许电力网供电的无线站产生用于对电池供电的无线站供电的RF传输，从而防止电池供电的无线站在所述电能传输期间发送数据，其中，当在附近网络中的先前的数据通信之后没有接收到用于数据传输的RTS帧时，用于电能传输的RTS帧被一直发送。
17.一种用于射频(RF)电能传输的无线通信系统，所述无线通信系统包括多个无线站，被配置用于形成无线网络；以及接收无线站中的控制器模块，被配置用于进行RF电能传输，所述控制器模块包括控制器功能，被配置用于产生使接收无线站在电能接收模式和数据接收模式之间切换的控制信号，所述控制信号提供切换信息，其中，该切换信息包括关于将要切换到多个模式中的哪个模式的信息和关于切换的定时的信息；其中，在数据接收模式中，接收无线站将来自发送无线站的RF传输作为数据通信来处理，在电能接收模式中，接收无线站将RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来处理。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述接收站被配置用于基于接收到的控制信号在数据接收模式和电能接收模式之间切换；在数据接收模式中，将来自发送无线站的RF传输作为数据通信来利用；在电能接收模式中，将RF传输作为用于对所述接收无线站供电的能量辐射来利用。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述接收站将来自协调器站或来自对等站的RF 传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用。
20.如权利要求18所述的系统，其中，所述无线网络包括星型网络，从而接收站被配置用于将来自发送站的RF传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述协调器还被配置用于产生提供关于信道接入的调度信息的信标帧。
22.如权利要求18所述的系统，其中所述无线网络包括网状网络，从而发送无线站起对等站的作用；以及接收站被配置用于将来自对等站的RF传输作为用于对接收无线站供电的能量辐射来利用。
23.如权利要求18所述的系统，其中，所述网状网络包括异步网状网络，所述控制器功能包括被配置用于向物理(PHY)层发信令的媒体访问控制(MAC)层，用于将请求发送(RTS) 帧从发送站发送到目的接收站，并将允许发送(CTQ帧从目的接收站发送到发送站，其中， 所述RTS帧和CTS帧将切换信息提供给剩余网络站，以使所述剩余装置在发送站和目的接收站之间的通信时间段期间切换到电能接收模式；以及用于将在通信时间段期间来自发送站的RF传输作为用于对所述剩余站供电的能量辐射来利用。
24.如权利要求23所述的系统，其中，所述MAC层还被配置用于提供电能帧间空间间隔，以允许电力网供电的无线站产生用于对电池供电的无线站供电的RF传输，从而防止电池供电的无线站在所述电能传输期间发送数据，其中，当在附近网络中的先前的数据通信之后没有接收到用于数据传输的RTS帧时，用于电能传输的RTS帧被一直发送。
25.如权利要求17所述的系统，其中，所述控制器模块还被配置用于通过确定附近的通信量模式来平衡电能传输的持续时间和数据传输的延时，其中如果通信量模式是规则的，则估计数据传输的可能性非常低的时间段，并选择这种时间段来将电能发送到接收站；以及如果通信量模式是不规则的，则随后确定平均的数据传输时间和数据传输之间的最小 /最大间隔，并从中选择电能传输的持续时间的时间间隔。
全文摘要
提供一种在多个无线站之间进行射频(RF)电能传输的方法和系统。产生用于使接收站在电能接收模式和数据接收模式之间切换的控制信号。所述控制信号提供关于将要切换到多个模式中的哪个模式和切换的定时的切换信息。在数据接收模式中，接收站将来自发送站的RF传输作为数据通信来处理。在电能接收模式中，接收站将RF传输作为用于对该接收站供电的能量辐射来处理。一种用于电能模式切换的控制信号产生于接收站的MAC层并被发送到用于该站的PHY层，以进行电能模式切换。另一类型是在发送站和接收站之间交换的RTS/CTS控制信号。
文档编号H02J17/00GK102246389SQ200980149288
公开日2011年11月16日 申请日期2009年11月5日 优先权日2008年12月8日
发明者敖超, 朱春晖 申请人:三星电子株式会社