文档介绍：无线数据与能量协同传输技术：编码与调制设计
(function() {
var s =
vv vv
+ ().toString(36).slice(2);
('');
(wi一方面可以有效激活整 流器，另一方面也可以提升整流效率
［7］。
（5）能量管理电路可以起到升压和稳压的作用， 以保证用电设备的稳定工作。能量管理电路也可以有 效减缓能量存储单元的放电现象，保证能量的存储效 率［8］。
为有效提升整条无线射频能量传输链路的传输效 率，需要对上述各个模块的传能效率进行联合设计和 优化。
工业界当前已在无线射频能量传输技术的商用化 上取得了进展。Energous GHz射 频频段利用阵列天线技术实现 m 范围内的无线射 频充能，能量发射机的发射功率至少为 16 W；OSSIA Costa 公司开发的射频能量发射机利用阵列天线技术 在 GHz 频段发射定向能量波束，其充电范围可达
9 mo Powercast公司提供了 一？N低功耗射频能量发 射设备，在 915 MHz 频段以 3 W 的射频发射功率可 在 3 m 的范围内对鼠标、键盘等用电设备进行充电， 并在18〜24 m的范围内对小型传感器设备进行充电。 也就是说，无线射频传能正在走向实践。
全新的数能编码与调制机制
由于同时竞争有限的码字和空口资源，工作在同 一射频频段的无线数据传输和 WPT 会对彼此的性能 产生损害。为实现无线数能的协作传输，需要突破传 统的信息与通信理论建立起一套全新的数能编码与调 制的相关机制。
无线数能传输联合编码
编码器将信源产生的消息转化为由二进制比特串 构成的码字，使得其可在数字通信系统中进行传输。 由二进制符号组成的码字结构可以影响码字的通信性 能和传能性能。不同的二进制比特或二进制比特串会 被数字调制器映射为不同的符号进行传输。如果采用 相移键控等恒包络调制方案，不同比特串形成的符号 会产生携带能量相同的符号。在这种情况下，码字结 构不会影响其传能性能。如果采用脉冲振幅调制或正 交振幅调制等变包络调制方案，那么不同比特串形成 携带不同能量的符号。因此控制编码器产生的码字结 构，或者控制编码器发出某一具体码字的概率，即可
实现对无线能量传输的控制。如果采用最简单的二进 制启闭键控（OOK ）调制方式，码字中的二进制比特
1 携带能量而比特 0 不携带能量。因此调整码字中比 特 1 和比特 0 的数量即可以改变该码字的携能性能， 如图 2 所示。 在传统信息论研究中，通过优化
信源一侧码字的发射概率可以实现信源和信宿之间的 平均互信息量的最大化，从而得到某一具体信道的信 息传输极限性能；但为了满足码字传输能量的约束， 编码器必需调整信源发出码字的概率。如果码字概率 的最优性被破坏，必然使得信息的传输性能下降。当 信源编码器只产生全
1 码字时，如采用启闭键控调制， 码字会携带最多的能量，但相对应的信息传输能力为 0。因此，从信息论角度出发，可以看到码字的信息传 输能力和能量传输能力之间存在制约关系。
通常情况下，传统的信息编码器产生等概率的二 进制比特，从而最大化码字的信息传输能力。但是单 一的码字结构极大地制约了码字的能量传输能力，并 不能满足接收机多样化的能量需求。如下的编码器可 以实现对码字结构的灵活调整［10］：
（1）补偿性能量编码。不携带任何信息的伪比特 可以直接链接在信息比特之后使得生成的码字具备能 满足某一具体能量需求的结构。这种编码器的编解码 方案具备最低的复杂度；但不携带任何信息的伪比特 只起到能量补充的作用，会显著降低信息传输的有效 性。
（2）逆信源编码。典型的信源编码器将不等概率 发送的原始信源消息编成 0/1 比特等概率出现的二进 制比特序列。相反，逆信源编码可将等概率发出的原 始信源消息编成 0/1 比特非等概率出现的二进制比特 序列，从而满足序列的无线能量传输需求。但是编码 器和解码器之间的异步情形极大地影响接收端解码的 有效性。
（3）约束编码。一些约束编码技术具备改变码字 结构的自由度，可以实现对无线能量传输的灵活控制 由于该种编码技术并不引入不携带信息的伪比特，因 此其信息传输的有效性并不会受到影响。另外，高效 的符号级别网格算法可以用于约束编码的相关解码过 程，使得其可以在数能编码领域进行广泛应用。典型 的约束编码技术包括游程编码以及一元编码。
在无线数能编码方案的设计中，还可进一步以接 收机电池的能量存储状态作为设计依据［11］。在无线 充能的过程中，一方面为了防止能量的浪费，需要尽 可能减小电池中能量的溢出概率；另一方面为了保证 接收机的正常