一种用于无线携能通信的双音FSK调制解调系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于无线携能通信的双音FSK调制解调系统，该系统包括双音FSK调制端子模块和双音FSK解调端子模块，系统整体为二阶调制解调系统，也就是说系统整体只包含1和0两种码元。在双音FSK调制子模块中，将码元对应到不同的两种频率的正弦波组合，实现能量和信息的同时发送，双音FSK子模块在接收到信号后，通过集成整流器实现信号的RF

【技术实现步骤摘要】
一种用于无线携能通信的双音FSK调制解调系统


[0001]本专利技术涉及无线能量传输与通信
，具体涉及一种用于无线携能通信的双音FSK调制解调系统。

技术介绍

[0002]无线携能通信技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)能够在无线设备之间传输信息的同时，为接收端无线设备传输能量，可以靠此实现无线设备的长时间供电，从而减轻设备对于电池的依赖。一个完整的SWIPT系统包含有无限信息传输(Wireless Information Transfer,WIT)和无线能量传输(Wireless Power Transfer,WPT)这两个子系统。其中WIT主要目标为在提高信息的传输速率，降低误码率的前提下尽可能地降低信号发送的功耗，而WPT的主要目标为尽可能提高接收端的整流效率以提高接收端的供能效率。此前传统的SWIPT研究往往将WIT和WPT两个子系统分开研究和优化，缺乏对两个子系统之间的影响的研究。
[0003]当前现有技术已经提出了多种应用于SWIPT的调制解调方式，但其存在着相应的限制，例如在Claessens S,Schreurs D,Pollin S.SWIPT with biased ASK modulation and dual
‑
purpose hardware[C]//2017IEEE Wireless Power Transfer Conference(WPTC).IEEE,2017.中提到了基于偏置ASK的调制解调方式，这种方式存在着整流效率也就是能量转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)不高的缺点，这可能使得SWIPT的接收端供能不足，使得整体的通信速率收到限制。故寻求一种具有高PCE的SWIPT调制解调技术是十分重要的。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种用于无线携能通信的双音FSK调制解调系统，本专利技术在调制过程中将一种码元同时对应到两种频率的正弦波，通过这些正弦波频率的差值携带信息，其可以显著提高信号的峰均值比(Peak
‑
to
‑
Average Power Ratio,PAPR)，从而增加接收端整流效率。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种用于无线携能系统的双音FSK调制解调系统，包括：双音FSK调制端子模块和双音FSK中频解调端子模块；
[0007]所述双音FSK调制子模块包括：基站、信息封装模块、双音FSK中频调制模块、数字上变频模块和天线发射模块；
[0008]所述基站以字节为单位输出源信息，所述信息封装模块将源信息进行组帧生成相应的比特流，所述双音FSK中频调制模块接收比特流，将比特流按照双音FSK调制规则生成相应的双音FSK中频调制信号，所述数字上变频模块将双音FSK中频调制信号乘以高频载波生成射频信号，所述天线发射模块将生成的射频信号发送到自由空间中；
[0009]所述双音FSK解调子模块包括：天线接收模块、整流模块、双音FSK中频解调模块、
比特判决模块、信息解封模块、负载和储能模块；
[0010]所述天线接收模块从自由空间中接收到包含信息的射频信号，所述整流模块通过对输入双音FSK中频射频信号进行整流处理后再通过低通滤波器，获得为解调端供能的直流分量以及双音FSK调制信号中的频率差分量，所述整流模块与所述储能模块连接，为整个解调端供电，所述双音FSK中频解调模块将整流后的信息通过非相干解调获得并输出01码元的包络，所述比特判决模块将01码元的包络通过码元判决和位同步后获得并输出最佳判决时刻以及相应的比特流，所述信息解封模块在比特流检测到帧头后，解封装整个帧，获得帧中有效信息并输出，所述负载收到有效信息，完成双音FSK调制解调。
[0011]作为优选的技术方案，所述信息封装模块将源信息进行组帧生成相应的比特流，具体包括：
[0012]所述信息封装模块对源信息的字节数进行计数生成信息长度指示位，将源信息和信息长度指示位送入(7，4)汉明码编码模块，每一字节输入有14比特二进制的输出，最后将信息长度指示位与源信息的编码输出组在一起形成一串二进制序列，最后在序列前加上固定的帧头后组成一个完整的帧。
[0013]作为优选的技术方案，所述双音FSK中频调制模块接收比特流，将比特流按照双音FSK调制规则生成相应的双音FSK中频调制信号，具体包括：
[0014]双音FSK中频调制模块将接收到的帧中每一比特转换为相应的双音FSK调制信号，每一个码元同时对应两种频率的正弦波，分别为基准频率f
base
和独有频率f
c
，0和1码元对应相同的基准频率f
base
，同时分别有着各自的独有频率f0和f1，两种码元调制后的信号对应不同的频率差Δf0和Δf1，利用频率差的不同进行区分解调不同的码元，在输出某频率正弦波时同时输出正弦波和余弦波分别作为I路信号S
mod_I
(t)和Q路信号S
mod_Q
(t)，I路信号与Q路信号相加输出中频调制信号S
mod
(t)。
[0015]作为优选的技术方案，中频调制信号S
mod
(t)表示为：
[0016]S
mod_I
(t)＝cos(2πf
base
t)+cos(2πf
c
t)
[0017]S
mod_Q
(t)＝sin(2πf
base
t)+sin(2πf
c
t)
[0018][0019]S
mod
(t)＝S
mod_I
(t)+S
mod_Q
(t)。
[0020]作为优选的技术方案，数字上变频模块将中频调制的信号乘以更高频率的正弦载波成为射频信号，具体表示为：
[0021]S
RF
(t)＝S
mod_I
(t)cos(2πf2t)
‑
S
mod_Q
(t)sin(2πf2t)
[0022]ꢀꢀꢀꢀꢀ
＝(cos(2πtf
base
)+cos(2πtf
c
))cos(2πf2t)
[0023]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ‑
(sin(2πf
base
t)+sin(2πf
c
t))sin(2πf2t)
[0024]ꢀꢀꢀꢀꢀ
＝(cos(2πtf
base
)cos(2πf2t)
‑
sin(2πf
base
t)sin(2πf2t))
[0025]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
+(cos本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无线携能系统的双音FSK调制解调系统，其特征在于，包括：双音FSK调制端子模块和双音FSK中频解调端子模块；所述双音FSK调制子模块包括：基站、信息封装模块、双音FSK中频调制模块、数字上变频模块和天线发射模块；所述基站以字节为单位输出源信息，所述信息封装模块将源信息进行组帧生成相应的比特流，所述双音FSK中频调制模块接收比特流，将比特流按照双音FSK调制规则生成相应的双音FSK中频调制信号，所述数字上变频模块将双音FSK中频调制信号乘以高频载波生成射频信号，所述天线发射模块将生成的射频信号发送到自由空间中；所述双音FSK解调子模块包括：天线接收模块、整流模块、双音FSK中频解调模块、比特判决模块、信息解封模块、负载和储能模块；所述天线接收模块从自由空间中接收到包含信息的射频信号，所述整流模块通过对输入双音FSK中频射频信号进行整流处理后再通过低通滤波器，获得为解调端供能的直流分量以及双音FSK调制信号中的频率差分量，所述整流模块与所述储能模块连接，为整个解调端供电，所述双音FSK中频解调模块将整流后的信息通过非相干解调获得并输出01码元的包络，所述比特判决模块将01码元的包络通过码元判决和位同步后获得并输出最佳判决时刻以及相应的比特流，所述信息解封模块在比特流检测到帧头后，解封装整个帧，获得帧中有效信息并输出，所述负载收到有效信息，完成双音FSK调制解调。2.根据权利要求1所述的用于无线携能系统的双音FSK调制解调系统，其特征在于，所述信息封装模块将源信息进行组帧生成相应的比特流，具体包括：所述信息封装模块对源信息的字节数进行计数生成信息长度指示位，将源信息和信息长度指示位送入(7，4)汉明码编码模块，每一字节输入有14比特二进制的输出，最后将信息长度指示位与源信息的编码输出组在一起形成一串二进制序列，最后在序列前加上固定的帧头后组成一个完整的帧。3.根据权利要求1所述的用于无线携能系统的双音FSK调制解调系统，其特征在于，所述双音FSK中频调制模块接收比特流，将比特流按照双音FSK调制规则生成相应的双音FSK中频调制信号，具体包括：双音FSK中频调制模块将接收到的帧中每一比特转换为相应的双音FSK调制信号，每一个码元同时对应两种频率的正弦波，分别为基准频率f
base
和独有频率f
c
，0和1码元对应相同的基准频率f
base
，同时分别有着各自的独有频率f0和f1，两种码元调制后的信号对应不同的频率差Δf0和Δf1，利用频率差的不同进行区分解调不同的码元，在输出某频率正弦波时同时输出正弦波和余弦波分别作为I路信号S
mod_I
(t)和Q路信号S
mod_Q
(t)，I路信号与Q路信号相加输出中频调制信号S
mod
(t)。4.根据权利要求3所述的用于无线携能系统的双音FSK调制解调系统，其特征在于，中频调制信号S
mod
(t)表示为：S
mod_I
(t)＝cos(2πf
base
t)+cos(2πf
c
t)S
mod_Q
(t)＝sin(2πf
base
t)+sin(2πf
c
t)
S
mod
(t)＝S
mod_I
(t)+S

【专利技术属性】
技术研发人员：田霖，陈保豪，朱一峰，陆国生，李任新，张承亮，薛亮，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司，
类型：发明
国别省市：