一种基于多入多出无线充电系统的并行反馈通信方法技术方案

一种基于多入多出无线充电系统的并行反馈通信方法，所述该方法包括碰撞感知并行译码方案：RXs的多个Qi规范将并发地响应TX模拟ping，并反馈它们必要的数据，在拟议的MRC

【技术实现步骤摘要】
一种基于多入多出无线充电系统的并行反馈通信方法


[0001]本专利技术涉及的基于多入多出无线充电系统的并行反馈通信方法，属于数无线充电和无线通信领域。

技术介绍

[0002]无线充电技术在近些年来得到了广泛的发展和使用，各种无线充电产品也开始进入消费者的视野。究其原因，一是需求所致，二是技术适用性。所谓需求，进入21世纪以来大量的无线电力设备开始进入千家万户，手机、平板、手环、无线键鼠等等，为了给这些设备供电，传统的有线充电显得累赘，用户往往需要因此顾虑设备的电量问题；所谓技术适应性，无线充电实现了无线能源传输，使得即放即充成为可能，同时无线的电能传输更加有利于产品的封闭式设计，并提高了使用的安全性。以上这些原因共同促成了无线充电技术的发展。
[0003]当前市场上的无线充电产品主要分成两大类，一是给汽车供电的无线大功率传输系统，二是针对小电量设备(手机、手环等)的无线充电器。然而，从市场上的使用程度来看，目前的无线充电还存在较大的局限性，最主要的问题表现在无线充电距离上。以针对小功率设备的无线充电器来说，几乎所有知名产品都需要用电器按位置摆在无线充电器上，最远充电距离一般低于1cm。这样的无线充电器多多少少与无线充电的定义不符，仅仅是让使用者摆脱了插拔接头的烦恼，限制了无线充电的使用和推广。
[0004]针对这一硬性缺陷，近些年来，科研学者对无线电能传输(Wireless PowerTransmission)系统展开了深入研究，磁谐振技术[1]和多入多出技术(MIMO) [2]被应用于无线充电中，用以解决距离过短和功率过小等问题。
[0005]然而，MIMO系统下的无线充电系统还存在较大的问题，其有一核心问题在于接收端通信和磁场能量传输的信道测算之上。在基于磁共振的多入多出无线充电系统中，接收端反馈和能量传输信道的估测对于系统的环境感知能力十分重要，通过实现发收通信并测算信道，可以按需对设备供电[3]，同时可靠的信道系数有利于更好的波束成形[4]。目前基于MIMO的MRC-WPT系统的解决方案既不高效也不成熟，现有的研究大多集中于发射端电流(电流)调整的优化算法，采用简单的反馈通信和信道估计方案。包括省略通信和忽视接收端能量需求差异的信道估计方案都简单地假设通信链路的存在或者预先知道的信道条件，又或者使用基础的方法实现一对一的发收两端的通信。
[0006]在我们的工作中，发现了发射端的电流集合与接收端的开关状态簇之间存在千丝万缕的联系。基于此现象，我们提出了依靠识别每个簇联合开关状态的并行多阶解码方案，在状态聚类阶段，我们引入了两层聚类机制来解决导致分类结果不准确的“显性RXs”挑战；在聚类识别阶段，我们通过基于能量传输信道估计的校准来解决“模糊识别候选对象”的挑战。最终，我们利用现有的材料制作了测试原型，并获得了预期效果。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决无线充电系统中接收端的反馈通信问题，并且识别多接收端状态，并测算出对应的能量传输信道本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于多入多出无线充电系统的并行反馈通信方法，所述该方法包括：
[0008]步骤1：碰撞感知并行译码方案
[0009]RXs的多个Qi规范将并发地响应TX模拟ping，并反馈它们必要的数据，在拟议的MRC-WPT系统中，RX通过将振荡电路切换到两种可能的状态来编码其数据:“开路(O)”和“闭合(S)”。当Q个RXs同时传输时，碰撞信号将有2
Q
个合并状态，通过测量TX电流，在所有TXs之间进行坐标协调，识别出RXs的组合状态，同时估算出TXRX/RX-RX的互感系数，TX电压固定为恒定值，并将TX电流作为测量变量，
[0010]步骤2：现象观察
[0011]聚类现象:在给定TX电压不变的情况下，RXs的存在会影响TX电流值。我们使用2个TXs和2个RXs在我们的MRC-WPT原型试验台上进行实验，我们将TX输入电压固定为8V，并将RX振荡电路切换为开路状态，实现RX反馈通信，收集并绘制TX电流值，RX的开闭状态转换对TX电流值有显著影响。
[0012]步骤3：单跳变转移图的构建
[0013]基于在n维空间中收集到的符号(接收端开关状态表示)，我们构造了一个单跳变转移图(One-Flip-Graph,OFG)，其中顶点集包含2
Q
个符号簇，而边集包含任意一对相邻的边。
[0014]根据电路方程，MIMO MRC-WPT系统的簇分布比RFID通信的簇分布更有规律。当存在K≤Q的显性RXs，且其对TXs的影响远大于其他RXs时，2
Q
簇往往形成2
K
个基团，每个基团由2
Q-K
簇组成。分类器可能无法区分一个组内分布紧密的聚类，导致分类结果不正确。如图4(a)所示，每组有4个组，每个组内有 2个聚类，分类器出现判断错误的结果。
[0015]为了提高分类的正确性，我们采用双层聚类机制，在第一层，我们尝试定位2
K
组，当有足够数量的符号时，根据电路方程，符号在所有簇中的分布是正常的。因此，可以对第一层的参数K进行调整，以实现符号在组间的均衡分布。
[0016]在第二层，我们进一步对每一组进行分类，以获得2
Q-K
簇。图4(c)为图4 (b)左上组的第二层聚类结果。在其中引入的LDBC算法在第一层和第二层中都用于定位集群的中心。
[0017]在确定每个簇的中心之后，我们将执行可靠的符号分配。如果一个符号在空间域的概率(由符号位置到聚类中心的距离决定)大于给定的阈值，则将一个符号分类为一个聚类。对于多簇重叠空间中可能存在的混淆符号，分类基于空间和时域的概率联合考虑，其中时域的概率由同一时间窗内的相邻符号确定。在符号聚类之后，下一步是在图中构建连接。基于邻居簇之间的转移概率明显高于非邻居簇之间的转移概率的观察，我们可以根据转移概率来识别邻居簇。
[0018]步骤4：潜在的集群识别
[0019]RFID通信相关研究提出了一种基于层的聚类识别算法，该算法从一个特殊的锚聚类开始，假设其组合状态已知。这种假设在RFID场景中是合理的，因为充电标签不会影响IQ域中接收到的信号，并且当所有标签充电时，代表所有“低”状态的集群都可以被识别出来。
[0020]步骤5：基于信道估计的校准
[0021]对于任何给定的簇识别候选，我们可以分别从具有一个或两个“闭合
”ꢀ
RXs的簇中获得TX-RX和RX-RX的互感。在已知所有的互感系数后，我们通过比较预期和测量的TX电流来进一步评估给定的簇识别的优劣性。其原因在于，通过不同的簇获得的互感，在有效的簇识别中将与其他簇保持一致，而在无效的簇识别中将与其他簇发生冲突。因此，我们将通过基于信道估计的校准来选择最佳的聚类识别。
[0022]步骤6：解码
[0023]最后，我们可以根据最佳簇群标识执行解码，其中每种RXs的开闭组合状态都得到了标识。通过检查这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多入多出无线充电系统的并行反馈通信方法，其特征在于所述该方法包括：步骤1：碰撞感知并行译码方案RXs的多个Qi规范将并发地响应TX模拟ping，并反馈它们必要的数据，在拟议的MRC-WPT系统中，RX通过将振荡电路切换到两种可能的状态来编码其数据:“开路(O)”和“闭合(S)”。当Q个RXs同时传输时，碰撞信号将有2
Q
个合并状态，通过测量TX电流，在所有TXs之间进行坐标协调，识别出RXs的组合状态，同时估算出TXRX/RX-RX的互感系数，TX电压固定为恒定值，并将TX电流作为测量变量；步骤2：现象观察聚类现象:在给定TX电压不变的情况下，RXs的存在会影响TX电流值。我们使用2个TXs和2个RXs在我们的MRC-WPT原型试验台上进行实验，我们将TX输入电压固定为8V，并将RX振荡电路切换为开路状态，实现RX反馈通信，收集并绘制TX电流值，RX的开闭状态转换对TX电流值有显著影响。步骤3：单跳变转移图的构建基于在n维空间中收集到的符号(接收端开关状态表示)，我们构造了一个单跳变转移图(One-Flip-Graph,OFG)，其中顶点集包含2
Q
个符号簇，而边集包含任意一对相邻的边。根据电路方程，MIMO MRC-WPT系统的簇分布比RFID通信的簇分布更有规律。当存在K≤Q的显性RXs，且其对TXs的影响远大于其他RXs时，2
Q
簇往往形成2
K
个基团，每个基团由2
Q-K
簇组成。分类器可能无法区分一个组内分布紧密的聚类，导致分类结果不正确。如图4(a)所示，每组有4个组，每个组内有2个聚类，分类器出现判断错误的结果。为了提高分类的正确性，我们采用双层聚类机制，在第一层，我们尝试定位2
K
组，当有足够数量的符号时，根据电路方程，符号在所有簇中的分布是正常的。因此，可以对第一层的参数K进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：周颢，李向阳，华文雄，
申请(专利权)人：德清阿尔法创新研究院，
类型：发明
国别省市：