一种低功耗射频能量采集系统的仿真与分析

针对传统射频能量采集系统中RF-DC转换效率偏低的问题,文中设计了一种在入射功率为5~10 dBm范围内转换效率整体大于50%的低功耗射频能量采集系统。该方法在单阶Villard整流倍压电路结构的基础上将倍压阶数增加到七阶,有效提高了系统的输出电压和输出功率,从而提升了系统的转换效率。通过ADS射频软件对系统进行了总体设计与仿真,当回波损耗S 11参数满足设计要求后,将电路导入Altuim Designer中进行实物制作,在不同入射功率下测量系统负载电阻的输出电压,并计算得到对应功率下的整流转换效率。仿真结果与实验数据表明,系统在入射功率为5~10 dBm的范围内,整体整流转换效率可达50%以上,在10 dBm处得到最大转换效率为54.1%。与相同频点的射频能量采集系统相比,在设有同级别负载电阻和输入功率的条件下,文中所设计系统具有更高的输出电压,提升了RF-DC的转换效率。

射频能量采集非可信中继网络中物理层安全传输

射频能量采集技术为能量受限无线通信系统提供了一种有效的能量供给方式.假设能量受限中继节点具有射频能量采集能力,本文设计了中继非可信情况下的物理层安全传输方案,配置多天线的源节点采用发送天线选择策略来增强中继节点的能量采集性能,目的节点发送人工干扰来抑制非可信中继对保密信息的窃听.在瑞利块衰落信道条件下研究了所提方案的物理层安全性能,推导了系统安全中断概率、连接中断概率和安全吞吐量的闭式表达式.计算机仿真验证了理论推导的正确性,揭示了各系统参数对物理层安全性能的影响关系.

基于915 MHz射频能量采集系统设计

随着超低功耗集成电子技术的发展,利用日益丰富的射频能量给低功耗设备供电成为了可能。设计并实现了一种基于915 MHz特定射频源的射频能量采集系统,研究了系统充电速率与射频源距离和位置的关系,分析了漏电特性对系统性能的影响。研究结果表明,该系统可在有效范围内输出稳定的3 V直流电压,可对低功耗传感器节点有效供电。

天线-整流器协同设计的高灵敏度射频能量采集单元研究

面向物联网自供电传感节点的能量灵敏度受限于能量采集单元的灵敏度,本文基于天线-整流器协同设计方法,实现了一种面向无线传感及通信节点的高灵敏度,射频能量采集天线-能量采集芯片构成的单元,并进行了系统验证。整流电路采用TSMC 180nm CMOS RF工艺流片,定制弯折偶极子天线,两者适当的Q值下实现阻抗匹配,通过芯片整流电路和Q值的协同提升能量采集灵敏度。联合测试结果表明,在50MΩ等效电阻负载和电压为0.8V的情况下,量采集单元的最高灵敏度可达到-27.9dBm,结合和能量管理电路和储能器件,在36dBm发射功率下,自由空间下的无源通信距离可达40.55m。

端到端通信中基于时间转换能量采集的计算迁移方案

在端到端(D2D)通信网络中,为提高移动云计算的有效性,提出了一种基于时间转换能量采集的计算迁移方案。首先,一个流量受限的智能移动终端把其需要迁移的计算任务通过D2D通信以射频信号的形式发送给一个能量受限的智能移动终端,后者利用时间转换方案对接收信号进行能量采集。然后,能量受限终端会为流量受限终端中继任务到云端服务器付出额外的流量消耗。最后,所提的方案被建模为一个最小化终端能量与流量消耗的非凸优化问题,通过优化能量受限终端的时间转换因子、采集能量分配因子以及流量受限终端的传输功率,最终获得了最优方案。仿真结果表明,相比于非协作方案,所提方案通过互惠协作进行计算迁移能有效地减少终端的匮乏资源开销。

基于无源反向散射技术的智能标签:应用与挑战

射频识别(RFID,radio frequency identification)技术自被提出以来,因其便捷高效的独特优势逐渐被广泛应用于交通、物流、工业和商业等领域。RFID标签作为存储可识别数据的载体,在RFID系统中具有至关重要的作用,越来越多的功能与模块被嵌入RFID标签,并发展成为不同应用领域的智能标签。近年来,随着物联网和各种新型反向散射技术的发展,无线无源智能标签逐渐兴起。无线无源智能标签应用无源反向散射技术,借助射频信号获取能量并传输信息。从RFID技术入手,简要介绍了RFID的发展历史和传统智能标签,比较了传统智能标签和无线无源智能标签的区别,总结了无线无源智能标签的优点,列举了其在不同领域的具体应用,并分析了当前面临的挑战性问题。

无线充电体域网基于边际效用的网络资源分配方法

射频能量采集技术可以从根本上解决电池容量对无线体域网生存期的限制,为了提高网络资源分配的效率以及公平性,提出一种基于边际效用理论的网络资源分配方法。首先,设计传感器节点的效用函数,将节点所能获得的吞吐量映射成QoS满意的等级;然后,以最大化网络中全部传感器节点整体效用为目标,将多高效、公平的网络资源分配问题构建成效用最大化问题;最后,通过对偶分解方法求得该问题的最优解。仿真结果表明,与总吞吐量最大化和sigmoid效用最大化方法相比,所提出的方法在获得较高系统整体吞吐量的同时,确保了传感器节点个体获得吞吐量的公平性。

蜂窝网络下的SWIPT-D2D通信资源分配

无线信息与能量同步传输(SWIPT)作为一种重要的射频能量采集技术,可使能量受限设备在通信的同时采集射频能量补充电能。针对蜂窝网络下的设备到设备(D2D)通信系统,研究D2D接收端利用功率切片技术同时进行信息解码与射频能量采集时的资源分配问题。为保证D2D接收端在高射频能量采集需求下的高信息解码速率,提出D2D通信一对多的频谱复用方案,允许D2D设备复用多个蜂窝上行链路频谱进行通信,网络中的所有用户设备作为分布式的射频能量来源对D2D接收端充电。在此场景下,对包括频谱匹配,功率控制和功率切片控制在内的系统资源分配进行联合优化,在保证D2D接收端射频能量采集需求和各通信链路速率需求条件下最大化D2D通信总速率。以上优化问题为非凸形式的混合整数非线性规划(MINLP)问题,难以求得最优解。因此基于贪心思想和凸逼近理论提出两层资源分配算法。仿真结果显示,该算法对比其他资源分配策略,在满足用户设备能量和速率需求前提下显著提升了D2D通信总速率。