基于磁共振的引信用能量和信息无线同步传输方法研究

针对长距离(米级)条件下武器系统对能量和信息高效率、高质量同步传输的要求,为解决目前普遍采用的电磁感应装定方式仅适合短距离(毫米级)传输的问题,基于磁共振理论,提出利用一对处于磁共振强耦合状态的分离线圈实现装定器与弹药引信间的无线能量供给与信息同步装定。通过对所建磁共振无线能量传输系统电路模型的分析,推导出系统共振频率可能存在分叉现象,得到系统固有极值角频率的精确解析解。利用Orcad软件对无线传输系统进行频域和时域内传输特性的仿真分析,发现拾取线圈回路电流随系统工作频率变化十分敏感,共振条件下系统起振时间为微秒级。理论分析和仿真结果表明所提出的能量和信息无线同步传输方案有效可行。

基于频分复用的多端全双工无线能量信息同步传输方法

多端口无线能量路由器是一种新型电力电子系统,可实现多源多负载间的无线能量传输。除能量传输外,无线能量路由器还应具备同步传输信息的能力,所传信息包括源载状态、设备ID、电气参数等。文中面向多端口无线能量路由器,提出一种全双工无线能量信息同步传输方法,通过建立等效电路模型,分析不同工作模式下的信息传输路径增益,探讨关键元件参数对信息传输性能的影响。利用频分复用技术实现全双工传输时,针对某一端口存在多种频率的信息载波难以解调的问题,采用分频阻抗网络,通过对信息载波进行预处理,使其能够解调得到来自不同端口的信息。最后通过实验验证所提出方法的有效性。

同步无线能量与信息传输网络研究现状

随着越来越多的人投入到无线能量传输技术的研究,无线能量传输已经可以无限延长无线通信网络的生命周期,即使在比较恶劣的环境下也可以得到有效的利用。而无线传输也已经渗入到我们日常生活的各个方面,包括我们现在使用的手机、宽带等。在本文中,我们对无线能量和无线信息两者的同步传输技术进行了论述,同时对同步无线能量和信息传输技术的发展现状,三种比较常见的同步无线能量和信息传输系统模型以及同步无线能量与信息传输构架进行了阐述,最后提出了现在同步无线能量与信息传输技术所存在的一些问题。

基于磁耦合谐振的无线能量传输系统

针对目前电磁感应无线能量传输方式有效传输距离近、传输效率低等问题,为实现小口径武器系统的无线能量与信息的同步、快速、高效传输,基于电磁耦合谐振理论,提出了一种三线圈磁耦合谐振自适应能量传输系统。利用磁耦合谐振互感模型,对能量传输系统三线圈拓扑电路进行了分析,并讨论了整个系统的传输功率、传输效率与线圈谐振频率、耦合系数之间的相互关系。基于锁相环优化控制理论,提出了传输系统自适应谐振最大功率控制策略,对储能电容接收功率和充电时间进行了优化。静态实验结果表明,利用上述理论设计的三线圈磁耦合谐振能量传输系统,性能可满足耦合距离20mm、相对运动速度2.5m/s及铁磁环境下能量的传输,这种新颖的传输系统可为新一代武器系统的信息交联设计提供一定的理论和技术支持。

有源RIS辅助SWIPT网络公平性资源分配算法

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。

一种适用于多中继能量收集协作网络的链路选择策略

在5G时代,无线信息与能量协同传输(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)通信受到人们的广泛关注。研究基于SWIPT技术的半双工中继协作系统,分析了由一个源、多个射频能量收集中继和多个目的地所组成的两跳协作网络下行系统性能。为兼顾传输性能与实现复杂度,设计了一种基于门限选择算法的链路选择方案,并探索不同的系统关键参数对SWIPT系统性能的影响。在功率分割(PS)协议下,考虑解码转发(DF)和放大转发(AF)两种中继策略,对选择方案进行传输容量和中断概率的性能分析,给出了功率分配因子对传输容量和中断性能的影响,数值仿真结果表明,将最佳功率分配因子设置在0.3,能够较好地兼顾系统中断概率和传输容量。同时还与传统的单中继通信场景进行了比较分析,以验证所设计的链路选择方案的有效性。

基于SWIPT的协作中继系统动态时间分配策略

无线信息与能量同步传输技术为通信系统中能量受限型节点提供了解决方案,可延长节点生命周期。为研究时间分配对系统中断性能的影响,针对采用解码转发策略的SWIPT协作中继系统,研究构建系统信道容量模型,在满足系统最低传输速率的约束下,提出一种中继动态时间分配策略来优化传输。该策略首先对系统目的端节点的中断概率进行分析,推导得出系统中断概率与时间分配系数之间关系的表达式,然后以最小化中断概率为目的构建优化求解模型,利用迭代算法得到问题的解。仿真结果表明,与现有的传输策略相比,动态时间分配策略可以显著减少系统中断概率,能较好地改善系统传输性能,保障系统的可靠运行。

非线性能量收集下的鲁棒性波束赋形

在无线信息能量同步传输系统中,考虑实际电路实现中的非线性能量收集模型,提出了一种具有鲁棒性的波束赋形设计方案。为了提升系统用户间的公平性,对最小的用户信干噪比进行优化,并构建了一个非凸的优化问题。针对问题的非凸特性以及引入信道估计误差带来的限制条件,基于S过程对问题进行变形,并通过半定松弛技术对问题进行凸化,提出了一种基于二分法的迭代波束赋形算法。仿真结果表明,相比于非鲁棒性算法,所提的算法能够获得25!到50!的性能增益。因此,所提算法更加适用于实际系统中的非理想信道环境。仿真结果还表明所提算法相比于线性能量收集模型或迫零波束赋形等方法,能够取得更好的公平性能。

磁耦合谐振无线携能通信系统建模与分析

摆脱有形介质的束缚,让信息与能量传输能够更加灵活方便一直是用户对于设备的潜在需求。文中基于磁耦合谐振方式提出一种无线能量与信息同步传输并形成信息回路反馈的方式,通过建立实验装置模型,验证系统方案的可行性,并对系统能量传输效率部分建立等效模型分析,通过仿真给出传输效率与距离的关系曲线,并通过对比仿真数据与实验数据,验证了等效模型分析的正确性。

基于光伏供能的孤岛微电网无线传感网能量调度优化策略

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。

独立不同分布Nakagami-m信道下选择合并分集信噪比的统计特性及其应用

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.