[发明专利]基于激光无线能量传输系统实现多通道信能同传的方法

说明书

本发明公开了一种基于激光无线能量传输系统实现多通道信能同传的方法，借鉴正交频分复用(OFDM)技术思想，将传输的数据包分解成N个子数据段，用脉冲激光中独立于能量传输控制参数的频率参数进行调制，从而可将数据加载在能量流中。基于激光无线能量传输系统包括激光发射端和激光接收端，激光发射端主要有：功率/信息调制器、激光电源和半导体激光器。功率/信息调制器的主要功能是将不同频率的数据信息加载到激光脉冲上；激光接收端主要有：光伏阵列和解调器。调制器的拓扑结构主要包括一个带通滤波器和幅值检测器，其功能是将叠加后的功率/数据信息解耦，得到各个子数据包携带的信息。

技术领域：

本发明涉及一种基于激光无线能量传输系统实现多通道信能同传的方法，其属于电通信的技术领域。

背景技术：

随着手机、平板电脑及智能手表等电子设备的日益普及，设备的供电问题也逐渐显露出来，传统的接触式供电存在移动性能差的问题，现在越来越多的设备拥有强大的硬件配置，这也带来了较高的功耗，在电池技术没有显著提高的情况下，越来越高的硬件功耗极大地缩短了电池寿命，这就使得用户需要对移动电子设备进行一天一次或多次的充电，传统接触式供电存在的线缆和距离束缚在这种充电频率比较高的情况下大大增加了用户的不便。而无线激光电能传输具有传输距离远、定向性好且功率密度高的优点，适合对需要频繁充电的移动电子设备进行远距离的非接触式充电。

激光无线能量传输系统的结构如图1所示，在发射端、电网或储能单元中的电能经激光电源提供给激光器，激光器将电能转换为激光传输出去，激光经过大气传播被接收端的高聚光型光伏电池接收，光伏电池将高能量密度的激光转换为电能，光伏电池转换的电能经过接收端的光伏电源为负载或储能单元供电。

无线激光电能传输系统在为移动电子设备供电时，光伏阵列电压、负载电压以及设备的温度、电量等信息需要作为发射端激光电源的调节依据，这就需要在传递功率的同时传递指令信息。现阶段无线激光电能传输系统大多采用的是传统的无线电通信方式，这种传统通信方式不仅易受干扰还需要多增加一套设备，提高了系统复杂度，增加了成本且降低了系统的灵活性，从而限制了该电能传输系统在一些特定空间的应用。

传统的基于激光无线电能传输系统的携能通信方法，主要通过对连续激光进行载波调制来实现的，即在激光器输入电流中注入表征信息的高频交流电流来对激光器输出的激光进行调制，然而，这种载波调制方式容易引起接收功率的波动，不利于能量的高效传输。为了使接收功率稳定，一般通过在注入的高频电流中增加补偿数据段的方式来实现能量和信息的解耦，但该方法牺牲了数据传输速率。

综上，深入探索基于激光特性的能量信息融合机制，并提出一种基于激光无线能量传输系统实现多通道信能同传的方法，用N个激光器叠加传能，满足要求传输功率较大时，通信速率也能在单通路信能同传的基础上提升N倍。实现系统中能量的稳定传输和高速率通信，对发展实现高通信速率激光无线电能传输系统的信能一体化具有重要的意义和实用价值。

发明内容：

本发明针对上述背景技术的不足，克服了受限于激光器输出功率与动态特性相互制约的影响，难以在较高输出功率的前提下实现高比特率的数据传输的困难，提出了一种基于激光无线能量传输系统实现多通道信能同传的方法。

本发明所采用的技术方案有：一种基于激光无线能量传输系统实现多通道信能同传的方法，所述激光无线能量传输系统分为激光发射端和激光接收端，所述激光发射端包括N个调制器、激光电源和半导体激光器，激光接收端包括光伏阵列、数据/信息解调器、光伏电源和负载，数据/信息解调器包括滤波器和幅值检测器，包括：

N路叠加输入的脉冲激光被光伏阵列捕获，并输出与脉冲激光频率变化一致的脉动功率，该脉动功率使得接收端光伏电源电感上的电流纹波幅值的大小随脉动功率频率的变化而变化；

通过解调该电感上电流纹波，根据解调后各路信号的幅值的大小，解调出对应的“0”或“1”数据；