本发明专利技术属于一种无源自适应主被动混合通信系统，以实现提升无源通信系统上行链路通信质量的目的。无需频繁更换电池，降低了维护成本，对生态环境友好。传统无线通信发射器的通信原理为系统直接通过天线发送调制后的通信信号。本发明专利技术结合无线供电通信网络的远距离和反向散射通信网络的低功耗的优点，设计一个基于环境反向散射和主动传输的混合通信系统。混合发射机可以通过监测天线接收功率来动态调整通信模式，从而实现环境反向散射和主动传输两种通信模式的自适应选择，而在混合接收机端可以根据发射机发送的信令识别两种通信模式来进行解调以及解码，从而实现一个远距离、低功耗的混合通信系统。功耗的混合通信系统。功耗的混合通信系统。
【技术实现步骤摘要】
一种无源主被动混合通信装置及方法
[0001]本专利技术属于一种无源自适应主被动混合通信系统，以实现提升无源通信系统上行链路通信质量的目的。无需频繁更换电池，降低了维护成本，对生态环境友好。
技术介绍
[0002]从移动通信技术发展趋势看，物联网俨然成为国内外相关研究学者的关注焦点。然而随着物联网的快速发展，大量的无线设备接入无线网络中使得物联网在能源供应方面遭遇大问题。目前使用的无线供电通信和反向散射通信两种方式可在一定程度上解决这些问题，但前者由于需要无线设备内部含有能够主动产生射频信号的装置因此功耗较大。后者则是由外部入射信号进行指示才能去传输信息，主动性较差；并且传输速率较低，只能满足低功耗或超低功耗物联网的传输需求。将两者结合虽然在一定程度上弥补这些缺陷，但系统公平性较差，将时间功率等资源尽可能多地分配给信道状态好的用户，使得信道状态差的用户传输很少的信息，极大地降低了用户体验感。因此如何合理分配资源，在系统容量和传输公平性之间进行有效地均衡成为了亟需解决的问题。
技术实现思路
[0003]目前，由于海量的无线设备被接入无线通信网络中，能耗问题已经成为无法忽视的存在。将环境反向散射通信和无线供电通信两种自我可持续的通信方法相结合可有效的解决能耗问题，但系统公平性较差，将时间功率等资源尽可能多地分配给信道状态好的用户，使得信道状态差的用户传输很少的信息，极大地降低了用户体验感。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种无源主被动混合通信装置及方法。
[0004]本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种无源主被动混合通信装置，包括混合发射机；所述混合发射机包括天线、电源管理模块、能量存储模块、能量监测模块、负载调制器、射频能量接收模块、有源射频信号传输模块、微控制器、存储器以及连接到外部应用的各类传感器；所述射频能量接收模块、有源射频信号传输模块、负载调制器均与天线相连接，射频能量接收模块与能量储存模块相连接，能量储存模块通过电源管理模块向微控制器供电，同时能量储存模块与电源管理模块之间连接有能量监测模块；外部应用的各类传感器信号输出端与存储器相连接，存储器信号输出端与微控制器信号输入端相连接，微控制器的信号输出端分别与有源射频信号传输模块、负载调制器以及外部应用的各类传感器相连接。
[0005]实际应用中，本专利技术与接收机配合使用。接收机采用现有常规设计。传统无线通信发射器的通信原理为系统直接通过天线发送调制后的通信信号。本专利技术结合无线供电通信网络的远距离和反向散射通信网络的低功耗的优点，设计一个基于环境反向散射和主动传输的混合通信系统。混合发射机可以通过监测天线接收功率来动态调整通信模式，从而实现环境反向散射和主动传输两种通信模式的自适应选择，而在混合接收机端可以根据发射机发送的信令识别两种通信模式来进行解调以及解码，从而实现一个远距离、低功耗的混
合通信系统。
[0006]本专利技术所述一种无源主被动混合通信方法是采用如下技术方案实现的：天线接收环境中的射频信号后，射频能量接收模块开始工作，把射频信号中的能量收集，并传输到能量储存模块中，元器件需要耗能时，能量调配到电源管理模块，通过整流稳压后，供给各元器件（或者仅仅是微控制器，其他器件有外部电源）使用；有源射频传输模块最小启动能耗阈值设为ρ，能量监测模块实时自动监测当前系统储存的能量n，并与最小启动能耗阈值比较，能量监测模块监测到n>ρ，应使用有源射频传输；n<ρ，应使用环境反向散射传输，能量监测模块把判断结果传给微控制器，微控制器直接控制两个传输模块的切换；外部应用传感器收集监测数据最终传到微控制器中，微控制器首先要处理各类传感器的数据，进行编码以备发送；根据能量监测模块的判断，若使用有源射频传输通信，微控制器把编码后的信号传给有源射频信号传输模块，有源射频信号传输模块自我把信号调制后通过天线传送出去；若使用反向散射传输通信，微控制器把编码后的信号传给负载调制模块，负载调制模块通过控制天线的通断，完成反向散射通信传输。
[0007]本专利技术所述一种无源主被动混合通信装置及方法可在一定程度上解决这些问题，并可保证系统在低功耗下运行的同时提高信道质量实现较稳定的传输，从而获得更好的传输性能，提升混合发射机在不同环境下与接收机的通信能力。
附图说明
[0008]图1发射器天线负载调制示意图。
[0009]图2 无源主被动混合通信系统结构示意图。
具体实施方式
[0010]1、无源主被动通信系统技术方案如图1所示，反向散射发射器的通信原理是把接收到的环境射频信号，通过天线的负载调制（即发送“1”信号时天线断开，射频信号全部反射，发送“0”时天线接通，射频信号全部接收）反射出去到接收器以达到传输信号的目的。
[0011]传统无线通信发射器的通信原理为系统直接通过天线发送调制后的通信信号。结合无线供电通信网络的远距离和反向散射通信网络的低功耗的优点，设计一个基于环境反向散射和主动传输的混合通信系统。该系统由混合接收机、混合发射机和混合通信协议构成，其中混合发射机可以通过监测天线接收功率来动态调整通信模式，从而实现环境反向散射和主动传输两种通信模式的自适应选择，而在混合接收机端可以根据发射机发送的信令识别两种通信模式来进行解调以及解码，从而实现一个远距离、低功耗的混合通信系统。
[0012]2、混合通信系统组成结构如图2所示，发射机包括以下组件：天线、电源管理模块、能量存储模块、能量监测模块、负载调制器、射频能量接收模块、有源射频信号传输模块、数字逻辑微控制器、存储器以及连接到外部应用的各类传感器。在本设计中，许多电路部件如射频信号能量接收模块、存储器和能量存储模块，可以在环境反向散射系统和无线通信系统之间共享。基于环境反向散射发射器和无线通信发射器的最新电路技术，所设计的混合发射器可能会比普通单独
的无线能量传输硬件还要简单。
[0013]3、混合通信系统工作流程天线接收环境中的射频信号后，射频能量接收模块开始工作，把射频信号中的能量收集，并传输到能量储存模块中，元器件需要耗能时，能量调配到电源管理模块，通过整流稳压后，供给各元器件使用。
[0014]能量监测模块是系统的关键部件，它自动监测当前系统储存的能量n，并与阈值比较。有源射频传输模块最小启动能耗阈值为ρ，能量监测模块监测n>ρ，应使用有源射频传输；n<ρ，应使用环境反向散射传输，监测模块把判断结果传给微控制器，微控制器直接控制两个传输模块的切换。
[0015]外部应用传感器收集监测数据最终传到数字逻辑微控制器中。数字逻辑微控制器首先要处理各类传感器的数据，进行编码以备发送。根据能量监测模块的判断，若使用有源射频传输通信，数字逻辑微控制器把编码后的信号传给有源射频信号传输模块，有源射频信号传输模块自我把信号调制后通过天线传送出去；若使用反向散射传输通信，数字逻辑微控制器把编码后的信号传给负载调制模块，负载调制模块通过控制天线的通断，完成反向散射通信传输。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无源主被动混合通信装置，其特征在于，包括混合发射机；所述混合发射机包括天线、电源管理模块、能量存储模块、能量监测模块、负载调制器、射频能量接收模块、有源射频信号传输模块、微控制器、存储器以及连接到外部应用的各类传感器；所述射频能量接收模块、有源射频信号传输模块、负载调制器均与天线相连接，射频能量接收模块与能量储存模块相连接，能量储存模块通过电源管理模块向微控制器供电，同时能量储存模块与电源管理模块之间连接有能量监测模块；外部应用的各类传感器信号输出端与存储器相连接，存储器信号输出端与微控制器信号输入端相连接，微控制器的信号输出端分别与有源射频信号传输模块、负载调制器以及外部应用的各类传感器相连接。2.如权利要求1所述的一种无源主被动混合通信装置，其特征在于，能量储存模块采用电容，能量监测模块采用比较器，电源管理模块采用开关整流器。3.如权利要求1或2所述的一种无源主被动混合通信装置，其特征在于，微控制器采用数字逻辑微控制器。4.一种无源主被动混合通...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵菊敏，李灯熬，任广翔，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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