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本书针对用户终端设备、物联网设备和移动运营商的实际需求，同时面向应急灾备等应用的装备通信和供能问题，围绕基于无线射频信号的数据和能量一体化传输机理，全面审视数能传输的技术架构，对该技术展开自底向上的全面介绍。首先，对现有蜂窝通信系统(包括5G)、物联网通信系统、多种新能源采集技术和无线传能技术展开综述。其次，对基于新能源采集的无线通信系统的最新研究进行介绍。然后，对射频信号通信和传能硬件实现技术进行总结，并从编码调制角度、收发机前端架构设计、数据能量一体化资源分配及组网技术方面进行详尽的讨论。最后，对基于其他传输介质的数能一体化传输系统进行概述。

序

前言

第1章 概述 1

1.1 蜂窝移动通信系统发展 1

1.2 物联网系统发展 5

1.3 基于射频识别技术的物联网技术 10

1.4 储能技术的发展 11

1.4.1 机械储能 12

1.4.2 电磁储能 12

1.4.3 电化学储能 13

1.5 新能源采集技术 15

1.5.1 太阳能采集技术 15

1.5.2 风能采集技术 16

1.5.3 地热能采集技术 18

1.5.4 潮汐能采集技术 20

1.6 无线传能技术 22

1.6.1 电感无线传能技术 22

1.6.2 电磁谐振技术 23

1.6.3 微波传能技术 24

1.6.4 激光传能技术 25

1.6.5 几种传能技术的对比 26

1.7 无线数能同传：机遇与挑战 26

1.7.1 无线传能vs无线通信 27

1.7.2 数能同传关键技术简介 30

1.7.3 无线数能同传系统设计原理 33

参考文献 33

第2章 可再生能源供电无线通信 39

2.1 基于能量收集的链路级功率控制 39

2.2 在高斯信道下通过能量收集发射机*大化吞吐率 42

2.2.1 情形1――非因果相关的ESIT 42

2.2.2 情形2――因果相关的ESIT 45

2.2.3 情形3――在能量收集发射端实现中断概率*小化 47

2.2.4 多址接入信道 49

2.3 基于能量收集的蜂窝网络设计 61

2.3.1 蜂窝系统中的能量供应和需求 63

2.3.2 能量协同 65

2.3.3 通信协同 66

2.3.4 能量和通信的联合协同 68

参考文献 69

第3章 无线射频能量传输 72

3.1 无线射频能量传输链路 72

3.2 发送端功率放大器设计 73

3.2.1 开关类功率放大器 75

3.2.2 Doherty技术 76

3.3 定向天线设计 79

3.4 接收端匹配网络设计 81

3.4.1 匹配网络的概念 81

3.4.2 集总参数匹配网络设计 82

3.4.3 分布式匹配网络设计 85

3.5 接收端整流电路设计 88

3.5.1 二极管整流特性 88

3.5.2 电压倍增整流器 91

3.5.3 多级增压整流器 93

3.6 接收端储能电路设计 94

3.6.1 电池充电器电路设计 94

3.6.2 电压检测电路设计 95

参考文献 95

第4章 数能信息论基础及编码调制技术 100

4.1 经典信息论 100

4.1.1 离散信源和连续信源 100

4.1.2 信源熵 101

4.1.3 信道与互信息 105

4.1.4 信道容量 106

4.2 数能信息论 109

4.2.1 能量熵 110

4.2.2 有限制下信道容量理论 111

4.2.3 离散信道数能容量 111

4.2.4 连续信道数能容量 113

4.3 数能编码理论 114

4.3.1 数能游程编码理论 115

4.3.2 实时数能传输编码理论 116

4.3.3 数能级联编解码技术 129

4.4 数能调制理论 133

4.4.1 单用户数能调制技术 134

4.4.2 多用户数能调制技术 138

参考文献 143

第5章 基于多天线系统的数能前端传输机理 146

5.1 经典多天线系统简介 146

5.1.1 空间分集增益 146

5.1.2 空间复用增益 147

5.1.3 信道容量 148

5.2 数能收发机结构 149

5.2.1 数能发射机结构 151

5.2.2 空间分割数能接收机 151

5.2.3 功率分割数能接收机 154

5.2.4 时隙切换数能接收机 159

5.2.5 总结 160

5.3 基于多正弦波叠加的数能新波形 162

5.4 多天线全双工数能收发系统设计 163

5.4.1 多天线全双工干扰消除技术 164

5.4.2 多天线全双工数能基站收发波束联合设计 166

5.4.3 仿真结果 173

参考文献 175

第6章 无线数能网络中资源分配及接入控制技术 178

6.1 无线数能网络资源分配设计原理 178

6.1.1 多目标优化策略 178

6.1.2 帕累托多目标优化 180

6.1.3 性能极限及公平性 182

6.2 数能蜂窝网资源分配 187

6.2.1 单蜂窝网资源分配 188

6.2.2 多蜂窝协作网络资源分配 192

6.3 数能物联网资源分配 194

6.4 无线数能网络接入协议 204

6.4.1 基于全向传输的接入控制协议 204

6.4.2 基于定向传输的接入控制协议 210

参考文献 216

第7章 无线数能网络组网技术 218

7.1 无线数能网络覆盖分析 218

7.1.1 随机几何理论 218

7.1.2 固定数能基站覆盖分析 221

7.1.3 移动数能基站覆盖分析 228

7.2 单跳网络数能基站部署 233

7.2.1 蜂窝网络数能基站部署方案 233

7.2.2 移动网络数能基站部署方案 247

7.3 多跳网络数能组网技术 257

7.3.1 两跳数能传输中继选择机制 257

7.3.2 多跳数能网络路由选择方案 261

参考文献 273

第8章 其他数能同传系统 276

8.1 电话线数能同传系统 276

8.1.1 基本概述 276

8.1.2 世界电信发展史 276

8.1.3 中国电信发展史 278

8.1.4 电话线系统的数能同传特征 280

8.2 电力线通信系统 280

8.2.1 基本概述 280

8.2.2 发展历史 281

8.2.3 基本原理 282

8.2.4 电力线通信的应用 283

8.2.5 电力线通信的展望 285

8.3 以太网能量传输系统 285

8.3.1 基本概述 285

8.3.2 工作原理 287

8.3.3 以太网传能展望 289

8.4 光波数能同传系统 290

8.4.1 基本概述 290

8.4.2 系统模型 290

8.4.3 中断分析 293

8.4.4 理论分析 295

参考文献 296

索引 297

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书籍介绍

本书针对用户终端设备、物联网设备和移动运营商的实际需求，同时面向应急灾备等应用的装备通信和供能问题，围绕基于无线射频信号的数据和能量一体化传输机理，全面审视数能传输的技术架构，对该技术展开自底向上的全面介绍。首先，对现有蜂窝通信系统(包括5G)、物联网通信系统、多种新能源采集技术和无线传能技术展开综述。其次，对基于新能源采集的无线通信系统的最新研究进行介绍。然后，对射频信号通信和传能硬件实现技术进行总结，并从编码调制角度、收发机前端架构设计、数据能量一体化资源分配及组网技术方面进行详尽的讨论。最后，对基于其他传输介质的数能一体化传输系统进行概述。