针对现有无线电能与反向信号同步传输(simultaneous wireless power and reverse signal transmission,SWPRST)系统存在较大无功功率、负载电压易受信号传输发生波动或需要额外增加高频信号源等问题,提出一种基于谐波通讯的SWPRST技术,...针对现有无线电能与反向信号同步传输(simultaneous wireless power and reverse signal transmission,SWPRST)系统存在较大无功功率、负载电压易受信号传输发生波动或需要额外增加高频信号源等问题,提出一种基于谐波通讯的SWPRST技术,通过利用逆变器输出方波电压中的基波分量传输电能,三次谐波分量传输信号。不需要外加高频信号发射电路,实现了可靠的电能与反向信号同步传输。首先,给出基于谐波通讯的SWPRST系统结构,对其工作模式和基本原理进行分析;接着,建立系统等效数学模型,分析系统参数取值对信号与电能传输之间的互扰影响;然后,对信号的调制解调电路进行设计,分析信号检测通道参数对信号传输速率的影响;最后,搭建实验平台对理论分析进行验证,实验结果表明,该方法在有效实现了无线电能与反向信号同步传输的同时,信号无误码率传输速率可达5 kbps,同时系统具有无功小,输出负载电压几乎无波动(电压波动率0.33%)等优点。该方法采用谐波作为信号载体,为多频利用式实现电能与反向信号同步传输系统提供一种新的思路,具有较好的理论意义与实际工程应用价值。展开更多
针对无线功率与信息同步传输SWPIT(simultaneous wireless power and information transfer)技术中出现的共享通道传输可用谐振频率少,无法保证载波传输效率的问题,提出了一种基于双LCC电路实现3FSK调制的三频谐振的SWPIT技术。相较于...针对无线功率与信息同步传输SWPIT(simultaneous wireless power and information transfer)技术中出现的共享通道传输可用谐振频率少,无法保证载波传输效率的问题,提出了一种基于双LCC电路实现3FSK调制的三频谐振的SWPIT技术。相较于传统的2FSK调制电路,所提电路优势在于:采用三谐振频带,系统载波均使用谐振频率,避免了对系统谐振频率的利用率低、传输效率低等缺陷;使系统在3种频率下正常工作,可实现全双工,提高了工作效率。所做的工作包括:低阶及高阶电路谐振腔的谐振条件分析;参数设计及频率选择;解调信号。同时,通过Simulink仿真及实验样机搭建了150、177和48 kHz的实验平台,验证了所提3FSK能量调制式技术的可行性。实验样机显示,在3种频率下,接收侧输出电压稳定且幅值为直流输入电压的4/π倍,达到恒电压输出的目标。展开更多
相较于传统注入式同步无线电能和数据传输(Simultaneous Wireless Power and Data Transfer,SWPDT),“共口径”SWPDT方案具有电能传输功率大、转换效率高、数据传输速率高、可靠性好的优点。针对共口径集成后高压大功率电能传输通道与...相较于传统注入式同步无线电能和数据传输(Simultaneous Wireless Power and Data Transfer,SWPDT),“共口径”SWPDT方案具有电能传输功率大、转换效率高、数据传输速率高、可靠性好的优点。针对共口径集成后高压大功率电能传输通道与通信链路强耦合导致通信速率下降乃至失败的问题,结合D型传能松耦合变压器,提出基于耦合电感的双边LCC拓扑、DD型通信线圈及滤波网络协同设计的解耦设计技术,实现传能线圈谐波优化和电能-通信空域解耦,提升了通信链路通带阻抗匹配和带外抑制能力,增强了与传能线圈的频域解耦。分析了功率传输链路和数据传输链路的设计及解耦实现原理,构建了一台270 V输入、270 V/3 kW恒压输出、传能30 mm的SWPDT原理样机。实验结果证明了所提解耦设计技术的可行性和先进性,在实现94.89%电能转换效率的同时可实现50 Mb/s的高速数据同步传输。展开更多
针对有源可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)辅助的同步无线信息与能量传输(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统,提出了一种考虑公平性的能量资源采集分配算法,以解决因乘性衰落导...针对有源可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)辅助的同步无线信息与能量传输(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统,提出了一种考虑公平性的能量资源采集分配算法,以解决因乘性衰落导致的公平性能量采集性能较差的问题。在有源RIS辅助的SWIPT系统采用功率切割架构实现信息与能量的同步传输,构建了以所有用户中最小的采集能量最大化为目标函数,用户信干噪比、有源RIS和基站发射功率、功率划分因子等满足需求为约束条件的联合资源分配问题。利用交替优化、半正定松弛、连续凸近似、罚函数等技术将不能直接解决的非凸问题转换成标准凸问题,提出了一种交替迭代的公平性采集能量算法。数值仿真结果表明,所提优化算法能够显著提高用户中能量资源分配最少的用户处采集到的能量值,保障通信网络中能量资源分配的公平性。展开更多
In this letter, a universal receiver structure with modulation classification and syn-chronization recovery for MDPSK signal is presented. The universal timing estimation algorithmfor M-ary DPSK signals is proposed to...In this letter, a universal receiver structure with modulation classification and syn-chronization recovery for MDPSK signal is presented. The universal timing estimation algorithmfor M-ary DPSK signals is proposed to estimate the best symbol timing. An identification algo-rithm based on fourth-order cumulants of signal is used to identify the modulation scheme of thesignal. Numerical results of the performance of the proposed receiver are given.展开更多
In recent years the variety and complexity of Wireless Sensor Network （WSN） applications, the nodes and the functions they are expected to perform have increased immensely. This poses the question of reducing the ti...In recent years the variety and complexity of Wireless Sensor Network （WSN） applications, the nodes and the functions they are expected to perform have increased immensely. This poses the question of reducing the time from initial design of WSN applications to their implementation as a major research topic. RF communication programs for WSN nodes are generally written on microcontroller units （MCUs） for universal asynchronous receiver/transmitter （UART） data communication, however nowadays radio frequency （RF） designs based on field-programmable gate array （FPGA） have emerged as a very powerful alternative, due to their parallel data processing ability and software reconfigurability. In this paper, the authors present a prototype of a flexible multi-node transceiver and monitoring system. The prototype is designed for time-critical applications and can be also reconfigured for other applications like event tracking. The processing power of FPGA is combined with a simple communication protocol. The system consists of three major parts： wireless nodes, the FPGA and display used for visualization of data processing. The transmission protocol is based on preamble and synchronous data transmission, where the receiver adjusts the receiving baud rate in the range from min. 300 to max. 2400 bps. The most important contribution of this work is using the virtual PicoBlaze Soft-Core Processor for controlling the data transmission through the RF modules. The proposed system has been evaluated based on logic utilization, in terms of the number of slice flip flops, the number of 4 input LUTs （Look-Up Tables） and the number of bonded lOBs （Input Output Blocks）. The results for capacity usage are very promising as compared to other similar research.展开更多
本文推导了独立不同分布Nakagami-m(m为整数)衰落信道模型下接收端采用选择合并方式时信噪比的概率密度函数(probability density function,PDF)的闭式表达式.该表达式由有限多个幂函数与指数函数乘积的求和形式组成,可作为一个非常有...本文推导了独立不同分布Nakagami-m(m为整数)衰落信道模型下接收端采用选择合并方式时信噪比的概率密度函数(probability density function,PDF)的闭式表达式.该表达式由有限多个幂函数与指数函数乘积的求和形式组成,可作为一个非常有用的数学工具来分析在独立不同分布Nakagami-m衰落信道下采用选择合并分集技术时的无线通信系统的中断概率、误符号率和遍历容量等性能,还可以用于研究物理层保密性能,比如保密中断概率(secrecy outage probability,SOP)和平均保密容量(average secrecy capacity,ASC).在单输入多输出(single-input multiple-output,SIMO)的无线通信系统中,本文以无线信息与能量同步传输(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)通信系统为例,利用所得信噪比的PDF表达式研究了该系统的保密性能,进一步得到SOP和ASC的闭式表达式,最后通过数值仿真和Monte Carlo仿真对推导得到的SOP和ASC闭式表达式的准确性和有效性进行了验证.展开更多
文摘针对现有无线电能与反向信号同步传输(simultaneous wireless power and reverse signal transmission,SWPRST)系统存在较大无功功率、负载电压易受信号传输发生波动或需要额外增加高频信号源等问题,提出一种基于谐波通讯的SWPRST技术,通过利用逆变器输出方波电压中的基波分量传输电能,三次谐波分量传输信号。不需要外加高频信号发射电路,实现了可靠的电能与反向信号同步传输。首先,给出基于谐波通讯的SWPRST系统结构,对其工作模式和基本原理进行分析;接着,建立系统等效数学模型,分析系统参数取值对信号与电能传输之间的互扰影响;然后,对信号的调制解调电路进行设计,分析信号检测通道参数对信号传输速率的影响;最后,搭建实验平台对理论分析进行验证,实验结果表明,该方法在有效实现了无线电能与反向信号同步传输的同时,信号无误码率传输速率可达5 kbps,同时系统具有无功小,输出负载电压几乎无波动(电压波动率0.33%)等优点。该方法采用谐波作为信号载体,为多频利用式实现电能与反向信号同步传输系统提供一种新的思路,具有较好的理论意义与实际工程应用价值。
文摘针对无线功率与信息同步传输SWPIT(simultaneous wireless power and information transfer)技术中出现的共享通道传输可用谐振频率少,无法保证载波传输效率的问题,提出了一种基于双LCC电路实现3FSK调制的三频谐振的SWPIT技术。相较于传统的2FSK调制电路,所提电路优势在于:采用三谐振频带,系统载波均使用谐振频率,避免了对系统谐振频率的利用率低、传输效率低等缺陷;使系统在3种频率下正常工作,可实现全双工,提高了工作效率。所做的工作包括:低阶及高阶电路谐振腔的谐振条件分析;参数设计及频率选择;解调信号。同时,通过Simulink仿真及实验样机搭建了150、177和48 kHz的实验平台,验证了所提3FSK能量调制式技术的可行性。实验样机显示,在3种频率下,接收侧输出电压稳定且幅值为直流输入电压的4/π倍,达到恒电压输出的目标。
文摘相较于传统注入式同步无线电能和数据传输(Simultaneous Wireless Power and Data Transfer,SWPDT),“共口径”SWPDT方案具有电能传输功率大、转换效率高、数据传输速率高、可靠性好的优点。针对共口径集成后高压大功率电能传输通道与通信链路强耦合导致通信速率下降乃至失败的问题,结合D型传能松耦合变压器,提出基于耦合电感的双边LCC拓扑、DD型通信线圈及滤波网络协同设计的解耦设计技术,实现传能线圈谐波优化和电能-通信空域解耦,提升了通信链路通带阻抗匹配和带外抑制能力,增强了与传能线圈的频域解耦。分析了功率传输链路和数据传输链路的设计及解耦实现原理,构建了一台270 V输入、270 V/3 kW恒压输出、传能30 mm的SWPDT原理样机。实验结果证明了所提解耦设计技术的可行性和先进性,在实现94.89%电能转换效率的同时可实现50 Mb/s的高速数据同步传输。
文摘针对有源可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)辅助的同步无线信息与能量传输(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统,提出了一种考虑公平性的能量资源采集分配算法,以解决因乘性衰落导致的公平性能量采集性能较差的问题。在有源RIS辅助的SWIPT系统采用功率切割架构实现信息与能量的同步传输,构建了以所有用户中最小的采集能量最大化为目标函数,用户信干噪比、有源RIS和基站发射功率、功率划分因子等满足需求为约束条件的联合资源分配问题。利用交替优化、半正定松弛、连续凸近似、罚函数等技术将不能直接解决的非凸问题转换成标准凸问题,提出了一种交替迭代的公平性采集能量算法。数值仿真结果表明,所提优化算法能够显著提高用户中能量资源分配最少的用户处采集到的能量值,保障通信网络中能量资源分配的公平性。
基金Partly supported by the National Natural Science Foundation of China under contract No.69872028,National"863" Program of China under contract No.2001AA123031 and Teaching & Research Award Program for Outstanding Young Teachers in Higher Education Inst
文摘In this letter, a universal receiver structure with modulation classification and syn-chronization recovery for MDPSK signal is presented. The universal timing estimation algorithmfor M-ary DPSK signals is proposed to estimate the best symbol timing. An identification algo-rithm based on fourth-order cumulants of signal is used to identify the modulation scheme of thesignal. Numerical results of the performance of the proposed receiver are given.
文摘In recent years the variety and complexity of Wireless Sensor Network （WSN） applications, the nodes and the functions they are expected to perform have increased immensely. This poses the question of reducing the time from initial design of WSN applications to their implementation as a major research topic. RF communication programs for WSN nodes are generally written on microcontroller units （MCUs） for universal asynchronous receiver/transmitter （UART） data communication, however nowadays radio frequency （RF） designs based on field-programmable gate array （FPGA） have emerged as a very powerful alternative, due to their parallel data processing ability and software reconfigurability. In this paper, the authors present a prototype of a flexible multi-node transceiver and monitoring system. The prototype is designed for time-critical applications and can be also reconfigured for other applications like event tracking. The processing power of FPGA is combined with a simple communication protocol. The system consists of three major parts： wireless nodes, the FPGA and display used for visualization of data processing. The transmission protocol is based on preamble and synchronous data transmission, where the receiver adjusts the receiving baud rate in the range from min. 300 to max. 2400 bps. The most important contribution of this work is using the virtual PicoBlaze Soft-Core Processor for controlling the data transmission through the RF modules. The proposed system has been evaluated based on logic utilization, in terms of the number of slice flip flops, the number of 4 input LUTs （Look-Up Tables） and the number of bonded lOBs （Input Output Blocks）. The results for capacity usage are very promising as compared to other similar research.
文摘可充电无线传感网(rechargeable wireless sensor network, RWSN)凭借其易部署、可扩展、自组网等特点,可全方位控制微电网源网荷储信息采集的深度和广度,提升微电网智能调度水平。孤岛微电网复杂的工作环境增加了传统人工运维以及移动充电装置补能的难度,因地制宜选取高密度光伏能量源构建面向孤岛微电网智能监测的分布式光伏供能无线传感网络(solar-powered wireless sensor network, SPWSN)能量自维持框架,研究光伏捕能簇头协同无线信息能量同步传输(simultaneous wireless information and power transfer, SWIPT)技术的能量调度策略,可以在全双工模式下为簇成员节点供能以满足网络监测需求。为实现网络能效最大化,提出了光伏捕能协同SWIPT能量调度优化算法,基于多层迭代解耦优化方法将强耦合非凸分数规划问题分解为光伏捕能簇头部署、簇头能量广播及时间分配、节点采样控制三个子问题进行优化求解。仿真结果表明,所提算法较现有算法在提高网络能效和光伏供能网络稳定性上有较大提升,满足信息采集系统的全时段监测需求,为孤岛微电网能量管理提供了一个绿色、高效、可持续的无人化信息采集系统。
文摘本文推导了独立不同分布Nakagami-m(m为整数)衰落信道模型下接收端采用选择合并方式时信噪比的概率密度函数(probability density function,PDF)的闭式表达式.该表达式由有限多个幂函数与指数函数乘积的求和形式组成,可作为一个非常有用的数学工具来分析在独立不同分布Nakagami-m衰落信道下采用选择合并分集技术时的无线通信系统的中断概率、误符号率和遍历容量等性能,还可以用于研究物理层保密性能,比如保密中断概率(secrecy outage probability,SOP)和平均保密容量(average secrecy capacity,ASC).在单输入多输出(single-input multiple-output,SIMO)的无线通信系统中,本文以无线信息与能量同步传输(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)通信系统为例,利用所得信噪比的PDF表达式研究了该系统的保密性能,进一步得到SOP和ASC的闭式表达式,最后通过数值仿真和Monte Carlo仿真对推导得到的SOP和ASC闭式表达式的准确性和有效性进行了验证.
