基于FPSK星座映射无线电能与信息同步传输系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输系统和方法，包括星座映射模块、调制电路模块、逆变电路模块、发射侧电路模块、接收侧电路模块、解调电路模块、解映射模块。星座映射模块用于星座映射，调制电路模块提供驱动信号，逆变电路模块进行频率和幅值调制，发射侧电路模块接收交流信号，接受测电路模块输出带有频率和幅值的信号，解调电路模块解调信号；解映射模块输出并行的基带信号。逆变器工作频率为谐振线圈的频率时，进行无线电能传输。逆变器工作频率为谐振线圈频率的1/3时，进行无线电能与信息同步传输。通信时，利用通信频率基波信号的幅值信息和三次谐波的频率信息进行数据传输，且用通信频率的三次谐波进行电能传输。进行电能传输。进行电能传输。

System and method for synchronous transmission of radio energy and information based on fpsk constellation mapping

【技术实现步骤摘要】
基于FPSK星座映射无线电能与信息同步传输系统和方法


[0001]本专利技术涉及无线电能和信号同步传输领域，尤其涉及一种基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输技术。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，无线供电技术在各个领域越来越普及，传统的无线能量传输仅能在一接受侧进行能量的传递，当需要传递一定量的信息时，需要辅以额外的设备来进行信号的传输。能量与信号的同步传输技术能够将信号转化为频率、幅值、相位等表现形式，通过磁场的耦合与能量同步传递，在接受侧对包络解调后还原出基带信号。但是单一的调制数据方式对传输速率有很大的限制，且对无线供电效率和传输功率影响较大。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于实现更为稳定、高效的无线电能与信息同步传输，针对SWPIT 系统输入侧电流进行研究，提供一种基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输系统和方法，将逆变器的控制频率分别设置为传能频率和通信频率。传能频率等于谐振线圈谐振频率，通信频率等于谐振线圈谐振频率的1/3。当需要进行通信时，通过将传能频率降低为通信频率，在发射侧构造通信载波。通过在发射侧进行相位调制和频率调制，利用通信频率基波的幅值信息和三次谐波的频率信息实现单线圈的多编码数据传输。发射侧始终工作在谐振或次谐振状态，通信频率的三次谐波进行着高效率的电能传输。其电路包括：高频逆变器、无线供电发射线圈和接收线圈、选频电路以及频率信息解调电路和相位信息解调电路等。本专利技术解决现有技术中的单一的调制数据方式对传输速率有很大限制的以及对无线供电效率和传输功率影响较大问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输系统，包括星座映射模块以及与星座映射模块依次顺序相连的调制电路模块、逆变电路模块、发射侧电路模块、接收侧电路模块、解调电路模块、解映射模块；所述星座映射模块用于对基带信号进行星座映射，获得多组包含载波频率与载波幅值相对应的组合信息，所述调制电路模块，利用所述组合信息进行调制，为逆变电路模块提供包含频率信息和相位信息的驱动信号；所述逆变电路模块利用所述驱动信号控制逆变器开关进行频率调制和幅值调制，并将产生的交流信号输出至发射侧电路模块；所述发射侧电路模块接收逆变电路模块的交流信号，产生标准正弦波并输出至接收侧电路模块，所述接受测电路模块接收该标准正弦波并通过电磁感应原理，分别输出带有频率信息和幅值信息的信号至解调电路模块；所述解调电路模块用于检测通信时的三次谐振频率信号和基波幅值信号，分别对应获得包含串行的频率比特和串行的相位比特的解调信号；所述解映射模块基于FPSK星座映射原理用于接收解调电路模块输出的包含频率比特和相位比特的解调信号，获得并行的基带信号。
[0005]进一步地，前述的调制电路模块包括PWM生成器、以及与PWM生成器相连接的相位
调制模块以及频率调制模块，所述相位调制电路用于调制基带信号通信载波的幅值，并输出相位信息至PWM生成器，所述频率调制模块用于调基带信号通信载波的频率，并输出频率信息至PWM生成器；所述PWM为逆变电路模块提供包含频率信息和相位信息的驱动信号。
[0006]进一步地，前述的逆变电路模块包括电源、开关Q1、开关Q2、开关Q3、开关Q4；电源与开关Q1与开关Q2串联，且所述电源与开关Q3、开关Q4串联，构成的全桥逆变电路；开关Q1与开关Q2的相连端A构成逆变电路模块的第一输出端，开关Q3与开关Q4的相连端B构成逆变电路模块的第二输出端，该第一输出端与该第二输出端构成逆变电路模块的输出端，用于向发射侧电路输送交流信号。
[0007]进一步地，前述的发射侧电路模块包括依次相连的发射侧谐振电容C
p
、等效电阻 R
p
、电感L
p
；所述发射侧谐振电容C
p
的一端作为发射侧电路模块的第一输入端，另一端与等效电阻R
p
其中一端相连，等效电阻R
p
的另一端与电感L
p
的一端相连，所述电感L
p
的另一端作为发射侧电路模块的第二输入端，该第一输入端与该第二输入端构成发射侧电路模块的输入端，用于接收逆变电路模块输送的交流信号；其中，发射侧线圈谐振频率为所述电感L
p
作为发射侧电路模块的发射线圈。
[0008]进一步地，前述的接收侧电路模块包括电感L
n
、等效电阻R
n
、谐振电容C
S
、等效电阻R
s
、谐振电感L
s
、谐振电容C
n
、负载电阻R
L
；所述电感L
n
作为接收侧电路模块的接收线圈，用于接收发射侧电路模块输送的标准正弦波；所述电感L
n
、等效电阻R
n
、谐振电容C
S
、等效电阻R
s
、谐振电感L
s
构成第一选频电路，用于通信，其中：所述电感L
n
的一端与等效电阻R
n
的一端相连，等效电阻R
n
的另一端与谐振电容C
s
其中一端相连，谐振电容C
s
的另一端与等效电阻R
s
其中一端相连，等效电阻R
s
的另一端与谐振电感L
s
其中一端相连；谐振电感L
s
的另一端与电感L
n
的另一端相连，所述谐振电感L
s
两端相连，该相连端C构成接收侧电路模块的第一输出端，用于向解调电路模块输送三次谐振频率信号；所述电感L
n
、等效电阻R
n
、谐振电容C
n
、负载电阻R
L
构成第二选频电路，用于传能，其中：所述电感L
n
的一端与等效电阻R
n
的一端相连，等效电阻R
n
的另一端与谐振电容C
n
的一段相连，谐振电容C
n
的另一端与负载电阻R
L
的一端相连，负载电阻R
L
的另一端与电感L
n
的另一端相连，所述负载电阻R
L
的两端相连，该相连端构成接收侧电路模块的第二输出端，用于向解调电路模块输送基波幅值信号；所述电感L
n
谐振频率为所述第一选频电路的谐振频率为
[0009]进一步地，前述的基于第二选频电路的传能操作，逆变电路模块的开关Q1、开关 Q2、开关Q3、开关Q4频率均为f
r
；基于第一选频率电路的通信操作，逆变电路模块的开关Q1、开关Q2、开关Q3、开关Q4频率均为
[0010]进一步地，前述的解调电路模块包括包络检测电路、过零检测电路，所述包络检测电路作为解调电路模块的第一输入端，并且作为解调电路模块的第一输出端，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输系统，其特征在于，包括星座映射模块以及与星座映射模块依次顺序相连的调制电路模块、逆变电路模块、发射侧电路模块、接收侧电路模块、解调电路模块、解映射模块；所述星座映射模块用于对基带信号进行星座映射，获得多组包含载波频率与载波幅值相对应的组合信息，所述调制电路模块，利用所述组合信息进行调制，为逆变电路模块提供包含频率信息和相位信息的驱动信号；所述逆变电路模块利用所述驱动信号控制逆变器开关进行频率调制和幅值调制，并将产生的交流信号输出至发射侧电路模块；所述发射侧电路模块接收逆变电路模块的交流信号，产生标准正弦波并输出至接收侧电路模块，所述接收测电路模块接收该标准正弦波并通过电磁感应原理，分别输出带有频率信息和幅值信息的信号至解调电路模块；所述解调电路模块用于检测通信时的三次谐振频率信号和基波幅值信号，分别对应获得包含串行的频率比特和串行的相位比特的解调信号；所述解映射模块基于FPSK星座映射原理用于接收解调电路模块输出的包含频率比特和相位比特的解调信号，获得并行的基带信号。2.根据权利要求1所述的基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输系统，其特征在于，所述调制电路模块包括PWM生成器、以及与PWM生成器相连接的相位调制模块以及频率调制模块，所述相位调制电路用于调制基带信号通信载波的幅值，并输出相位信息至PWM生成器，所述频率调制模块用于调基带信号通信载波的频率，并输出频率信息至PWM生成器；所述PWM为逆变电路模块提供包含频率信息和相位信息的驱动信号。3.根据权利要求1所述的基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输系统，其特征在于，所述逆变电路模块包括电源、开关Q1、开关Q2、开关Q3、开关Q4；电源与开关Q1与开关Q2串联，且所述电源与开关Q3、开关Q4串联，构成的全桥逆变电路；开关Q1与开关Q2的相连端A构成逆变电路模块的第一输出端，开关Q3与开关Q4的相连端B构成逆变电路模块的第二输出端，该第一输出端与该第二输出端构成逆变电路模块的输出端，用于向发射侧电路输送交流信号。4.根据权利要求1所述的基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输系统，其特征在于，所述系统发射侧电路模块包括依次相连的发射侧谐振电容C
p
、等效电阻R
p
、电感L
p
；所述发射侧谐振电容C
p
的一端作为发射侧电路模块的第一输入端，另一端与等效电阻R
p
其中一端相连，等效电阻R
p
的另一端与电感L
p
的一端相连，所述电感L
p
的另一端作为发射侧电路模块的第二输入端，该第一输入端与该第二输入端构成发射侧电路模块的输入端，用于接收逆变电路模块输送的交流信号；其中，发射侧线圈谐振频率为所述电感L
p
作为发射侧电路模块的发射线圈。5.根据权利要求1所述的基于FPSK星座映射的无线电能与信息同步传输系统，其特征在于，所述接收侧电路模块包括电感L
n
、等效电阻R
n
、谐振电容C
S
、等效电阻R
s
、谐振电感L
s
、谐振电容C
n
、负载电阻R
L
；所述电感L
n
作为接收侧电路模块的接收线圈，用于接收发射侧电
路模块输送的标准正弦波；所述电感L
n
、等效电阻R
n
、谐振电容C
S
、等效电阻R
s
、谐振电感L
s
构成第一选频电路，用于通信，其中：所述电感L<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周岩，马崇原，华超，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：