结合携能传输的协作通信技术研究文献综述

 2023-09-25 08:24:28

文献综述

现状:1950 年代后期,Goubau 和Schweing 等人从理论上推算了自由空间波束导波可达到近100%的传输效率,并在反射波束导波系统上得到了验证。随后,以William C. Brown等人为首的雷声(Raytheon)公司开始对该项技术进行研究,并于1964 年完成了用 2.45 GHz 的微波驱动直升机的实验。1968 年,Peter Glaser设想建设卫星太阳能电站以应对能源危机。1980 年代后期,加拿大通信研究中心设想建立永久高空中继平台为广播、电视、通信等应用服务,并提出采用无线输能方式为这一平台供电。至 1990 年代,无线输能技术在中小功率、近距离应用上受到了广泛关注。2001 年5月,法国国家科学研究中心的 G. Pignolet利用微波无线传输电能点亮40 m 外一个200 W灯泡;2003 年在该岛建立了 10 kW 试验性微波输电装置。2006 年11月,美国麻省理工学院(MIT)的Marin Soljacic 及其团队使用“电磁共振原理”成功地实现了相距 2.13 m 的两个线圈之间进行无线能量传输,并点亮一只60 W灯泡。美国洛克希德?马丁公司在 2012年7月报道称,该公司研发出一种以激光作为载体的无线充电系统,可为无人侦察机无线供电,使其能够连续飞行48 小时,增加续航时间 2400%。这就是无线能量传输(Wireless Power Transfer, WPT)的研究现状,而如果解决了WPT的利用率问题那么将其与无线信息传输(Wireless Information Transmission, WIT)相结合并投入实用也就不那么难了。

2009年,武汉大学微电子与信息技术研究院石新智及其科研团队采用 3个环形线圈作为天线,并采用传统的ASK 调制方式,实现了基于磁共振的无线能量和数据协调传输的验证试验。 2013 年3月中科院上海微系统所宽带无线技术研究室基于磁场共振原理实现了无线能量传输演示,发射端功率 10 W,接收端功率 5 W,最大传输效率 50%,传输距离0.6 m。 这些是国内对于SWIPT的研究进展,同样的,同国外一样,也大多停留在实验室阶段,距离实用任有较大差距,但是都在一步步地向前推进。

发展趋势:

SWIPT将 WPT 与WIT 技术相结合是物质本质属性的体现,必将进一步拓展其各自的应用领域,为人们的生活带来深远的变革。 基于信息与能量并行传输这一显著特点,SWIPT技术有望广泛用于高速射频标签(RFID)、物联网以及各类移动终端之间的信息交换与能量传输,有望在实现高速信息交换的同时,通过提取接收信号中的能量有效地向各种终端设备馈电,从而取代传统有线或电池供电所带来的不便,减小了终端设备的体积与成本,并极大地延长其待机时间,特别适合于需要大规模布撒的终端节点的应用。在工业上SWIPT能对恶劣工作环境中设备进行供能与控制,既能保障操作精度和续航,又能保护操作人员。在医疗上,人造器官和医疗辅助电子设备能通过它进行供电,避免了更换电池的痛楚,又能在体外进行探查和操控。在日常生活中,我们可以让手机和家用电器更加贴合生活,不再需要有线操控和输能的繁杂操作,迈向未来的智能家居生活。

意义和价值:无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)是一种新型的无线通信类型,无线携能通信可以同时传输信号和能量,即在与无线设备进行信息交互的同时,为无线设备提供能量。协作通信是指在多用户通信环境中,使用单根天线的各邻近移动终端可按照一定的方式共享彼此的天线协作发送各自的信息,从而产生一种类似多天线发送的虚拟天线阵列(VirtualArray),获得空间分集增益。

无线能量传输通过电磁波来实现稳定的能量传输,可以避免充电电缆的使用。由于电磁波可以同时传输信息,因而无线信息与能量同传可以实现射频信号的充分利用。协作通信作为实现绿色通讯的技术之一,能够通过分集增益有效抵抗无线信道衰落,提高无线传输速率,改善系统的性能,具有广泛的应用前景。

SWIPT是通信技术与输电技术交叉融合的一个前沿方向,在完成能量的传输与收集的同时,实现高效可靠通信,既满足人们对高效可靠信息交互的需求,又有效应对能源和频谱短缺的压力。

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

发小红书推广免费获取该资料资格。点击链接进入获取推广文案即可: Ai一键组稿 | 降AI率 | 降重复率 | 论文一键排版