激光信能同传中幅值脉宽组合编码的信息调制方法技术

本发明专利技术公开激光信能同传中幅值脉宽组合编码的信息调制方法，属于电通信技术领域。该方法：根据调制分辨率确定编码数据的个数，再根据编码数据的个数确定二进制数据码和校验码的位数；对高频调制电流信号幅值不同脉宽相同的N组方波信号进行二进制编码，获取互为补码的数据码和校验码；以幅值为正且脉宽为0.5T的方波信号对应的编码为起始码，幅值为负且脉宽为0.5T的方波信号对应的编码为停止码，每连续(2N+2)nbits的数据进行一次打包，形成以帧为单位的待发送数据。本发明专利技术在单位时间内提高二进制编码的数量，提高系统通信速率，实现输出功率平衡的同时降低激光电源中储能电容的容量。容量。容量。

【技术实现步骤摘要】
激光信能同传中幅值脉宽组合编码的信息调制方法


[0001]本专利技术公开激光信能同传中幅值脉宽组合编码的信息调制方法，涉及激光无线电能传输技术，属于电通信


技术介绍

[0002]激光无线能量传输(Laser Power Transfer,LPT)具有传输距离远、方向性好、能量密度高等优点，在无人机等移动设备的供电场合有广泛应用前景，但很多移动设备在供能之外还有遥控、通信的需求。激光信息与能量同步传输(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术是在LPT技术的基础上采用一套设备同时进行能量传输和信息通信。激光SWIPT技术能弥补原有LPT系统的不足，推动设备一体化、小型化的发展，使得设备移动更灵活，应用更方便。
[0003]激光无线能量传输系统主要由激光发射端、自由空间、以及激光接收端三部分组成。激光发射端通过激光器实现电光转换，将电能转换成光能发射到自由空间，再利用接收端光伏电池的光电效应将光能转换成电能传输给负载或蓄电池。得益于激光优良的方向性和单色性，LPT技术的最大优点在于能够以可观的功率对空间目标进行定点供能。激光信息与能量同步传输技术目前有通信为主、传能为辅和传能为主、通信为辅两种技术路线。目前，传能为主、通信为辅的激光信息与能量同步传输技术的激光器输出平直电流传输能量，同时输出高频交流调制电流来传递信息，传输功率可以达到10W，通信速率可以到达4kb/s，而通信为主、传能为辅的激光信息与能量同步传输技术可以将通信速率提升到34.2Mb/s。尽管由于激光器光伏电池的物理特性，激光信能同传系统的传输功率与通信速率之间存在相互制约的关系，但传能为主、通信为辅的激光信息与能量同步传输技术的通信速率仍然有提升空间。
[0004]通过改变激光器的输入电流可以改变激光器的光功率，目前传能为主、通信为辅的激光无线能量传输系统的激光电源输出平直电流传输能量，同时输出高频交流调制电流来传递信息，当光伏电池在接收端接收到的光功率随激光器输入电流变化时，通过检测光伏电池上输出的电流大小可对光束中耦合的信息进行解调，即当光伏电池输出电流大于均值的时隙可认为是“1”，小于均值的时隙可认为是“0”。但这种调制解调方法没有充分利用高频调制电流自由度大的特点，所以该方案的通信速率仍有进一步提升的空间。
[0005]另一方面，传能为主、通信为辅的激光信能同传技术的调制解调设计中，通常先发送nbits数据码，再发送nbits校验码以维持功率平衡，这种信息调制解调方式存在多个连续的nbits数据码对应高频调制电流同一电平的极端情形，激光电源中的双向变换器的储能电容的容量也需要根据上述极端情形进行设计，通常以增大储能电容容量为代价以应对极端情形的出现，这增加了激光电源的体积。
[0006]综上，本专利技术旨在提出一种激光信能同传中幅值脉宽组合编码的信息调制方法以克服现有传能为主、通信为辅的激光信能同传技术的缺陷。

技术实现思路

[0007]本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提出激光信能同传中幅值脉宽组合编码的信息调制方法，将激光器产生的高频调制电流中幅值相反但脉宽相同的一组方波信号编码为互补的数据码和校验码，提升单位时间内编码组合的个数，从而提升通信速率，避免多个连续的数据码所代表的高频调制电流为同一幅值的极端情形，减小激光电源中双向变换器储能电容的容量，减小激光电源的体积，解决现有传能为主、通信为辅的激光信息与能量同步传输技术的通信速率有待提高以及激光电源中储能电容容量大的技术问题。
[0008]本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：
[0009]一种激光信能同传中信息调制方法，包括如下5个步骤：
[0010]步骤1，根据解调电路的调制分辨率确定高频调制电流脉宽的个数m，高频调制电流脉宽的个数乘以高频调制电流幅值个数即为编码数据的个数M，M＝2*m，再根据编码数据的个数M确定二进制数据码和二进制校验码的位数n，M＝2
n
，m为非零自然数；
[0011]步骤2，将高频调制电流信号分为m组幅值相反但脉宽相同的方波信号，将每一组方波信号编码为两个nbits二进制编码，两个nbits二进制编码互补；
[0012]步骤3，将高频调制电流信号幅值为正且脉宽为0.5T的方波信号对应的nbits二进制编码作为起始码，将高频调制电流信号幅值为负且脉宽为0.5T的方波信号对应的nbits编码作为停止码；
[0013]步骤4，对于高频调制电流信号幅值为正且脉宽为0.5T的方波信号与幅值为负且脉宽为0.5T的方波信号之间的N组幅值相反但脉宽相同的方波信号，将每一组方波信号对应的两个nbits二进制编码依次作为数据码和校验码，N为非零自然数；
[0014]步骤5，在一个编码周期T内，将起始码、停止码以及起始码与停止码之间的数据码、校验码对应的(2N+2)nbits编码打包为一帧待发送数据，每一帧中待发送数据的数据码根据通信信号自由发送，每一个数据码后接一个与其互为补码的校验码，校验码后再接一组自由发送的数据码和校验码，数据码和校验码交替出现。
[0015]进一步地，一种激光信能同传中信息调制方法中，下一组数据码所表示的方波信号的幅值与上一组校验码所表示的方波信号的幅值相同时，将同幅值的方波信号的总脉宽减去上一组数据码所表示的方波信号的脉宽，得到下一组数据码所表示方波信号的脉宽；当幅值相同的方波信号的总脉宽小于上一组数据码表示的方波信号的脉宽时，判定发生误码；当出现一组方波信号对应的数据码表示的方波信号的脉宽和校验码表示的方波信号的脉宽不同时，判定发生误码。
[0016]进一步地，LPT系统接收端解调电路的中，在光伏电池板后侧并联一个解耦电容，利用解耦电容分开直流电流和交流电流，将反映脉宽的时间信号转化为解耦电容上的电压信号，实时采样解耦电容两端电压，根据解耦电容上电压信号的变化率以及电压值解调出调制电流的幅值以及脉宽，最终得到信号传输的一帧数据。
[0017]本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0018](1)性能优势：相较于传统的激光信能同传调制解调方法，本方法引入高频调制电流的脉宽作为信号来源，将高频调制电流的幅值以及脉宽同时作为信息来源的编码方法，对高频调制电流的幅值和脉宽进行组合编码，在单位时间内提高了二进制编码的数量，从而提高了系统通信速率，通过增加可解调出的脉宽数量有效提升通信速率。
[0019](2)系统体积、成本优势：由于本专利技术中将高频电流信号中幅值相反脉宽相同的一组方波信号作编码为互补的数据码和校验码，不仅能够实现信号解调电路能对高频叠加电流的解调，还能够实现输出功率的平衡，降低双向变换器中储能电容的要求，可以减小储能电容的容值以及降低系统的体积。
附图说明
[0020]图1为激光信能同传系统框图。
[0021]图2(a)为传递一帧数据过程中发射端的平直电流图、调制电流图、叠加电流图、储能电容电压图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.激光信能同传中幅值脉宽组合编码的信息调制方法，其特征在于，根据解调电路的调制分辨率确定高频调制电流信号脉宽的个数m、编码数据的个数M、二进制数据码的位数n和二进制校验码的位数n；将高频调制电流信号分为m组幅值相反但脉宽相同的方波信号，将每一组方波信号编码为两个nbits二进制编码，所述两个nbits二进制编码互补；将高频调制电流信号幅值为正且脉宽为0.5T的方波信号对应的nbits二进制编码作为起始码，将高频调制电流信号幅值为负且脉宽为0.5T的方波信号对应的nbits二进制编码作为停止码，T为一个编码周期；对于高频调制电流信号幅值为正且脉宽为0.5T的方波信号与幅值为负且脉宽为0.5T的方波信号之间的N组幅值相反但脉宽相同的方波信号，将每一组方波信号对应的两个nbits二进制编码依次作为数据码和校验码，N为非零自然数；在一个编码周期T内，将起始码、停止码以及起始码与停止码之间的数据码、校验码组成的(2N+2)nbits编码打包为一帧待发送数据。2.根据权利要求1所述激光信能同传中幅值脉宽组合编码的信息调制方法，其特征在于，所述编码数据的个数M为高频调制电流脉宽的个数与高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：周玮阳，邵晋涵，金科，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：