现代通信原理分析论文提纲

论文题目：基于Qi标准的无线充电通信系统研究与实现

摘要：现代社会随着智能手机、平板电脑等电子产品的普及,人们的生活比以往要丰富的多。科技的发展促使它们的功能越来越强大,用户的体验也在不断升级。但与此同时也增加了设备的耗电量,用户需要每天对各类设备进行频繁的充电。传统充电使用热插拔的方式,充电不方便的问题日益突显,各类充电器和数据线让人不厌其烦,还造成了资源的浪费。无线充电技术作为一种全新的充电方式,设备与充电器之间无需物理上的直接连接,克服了传统充电方式的弊端,使得充电过程变得更加的灵活、方便和安全。基于这些优势,无线充电技术在移动设备,家用电器,工业自动化,医疗植入及穿戴设备等各领域都有着广泛的应用前景,因此越来越受到人们的关注。本文基于当前无线充电技术领域最为流行的无线充电规范Qi标准展开,深入研究了协议中通信相关内容,分析了发射端与接收端之间的通信原理与实现机制,设计并实现了一套的通信调制解调方案。相较于现有方案,本方案采用数字化实现为主,具有高效,稳定,易移植等特点。本文具体工作内容有:（1）介绍了国内外无线充电技术的研究现状,简述了三种无线充电技术原理和实现方式。接着又介绍了当前三家主流的无线充电标准组织及其推出的无线充电标准,其中着重分析了Qi标准及其通信过程。（2）针对Qi标准的通信原理和信号的调制特点,对整个通信系统进行理论分析和系统建模。对比了现有的解调方案,提出了一套优化后的方案,其中发射端采用正交解调来实现数字ASK解调,接收端基于优化测宽法来实现数字FSK解调。（3）完成方案中的硬件电路设计与软件设计。硬件电路部分,完成了发射端与接收端通信相关电路设计,其中着重介绍了数字电路部分的RTL设计,包括数字ASK解调器、PWM＆FSK发生器以及数字FSK解调器三个模块。系统软件部分,设计了无线充电通信软件架构,完成了系统控制程序以及各个硬件模块的驱动程序。（4）数字电路功能验证,通过EDA工具对三个数字电路模块进行仿真验证,由模块的特性和工作场景分解功能测试点,搭建验证环境,依据测试点对模块进行验证,并对验证出的错误进行修改。（5）基于FPGA开发板和外围电路板搭建了系统测试平台进行系统测试。测试中对五种可能对通信解调效果造成影响的因素进行分类验证和极限测试,然后对测试结果进行了分析,并完成系统优化,添加模式识别等功能,提高通信解调成功率。最终测试结果表明系统可正常工作,通信解调效果良好,验证了本方案的可行性。本文对于无线充电研究及其商用化具有参考和借鉴意义。

关键词：无线充电;Qi标准;ASK解调;FSK解调

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

ABSTRACT

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外现状

1.2.2 国内现状

1.3 研究内容及章节安排

第二章 无线充电原理与标准

2.1 无线充电原理

2.1.1 电磁感应式

2.1.2 磁场共振式

2.1.3 无线电波式

2.2 无线充电标准

2.2.1 Qi标准

2.2.2 PWA标准

2.2.3 A4WP标准

2.3 本章小结

第三章 Qi标准通信系统发射端电路设计

3.1 通信系统发射端电路整体设计

3.2 发射前端电路

3.2.1 驱动电路

3.2.2 逆变电路

3.2.3 谐振电路

3.3 ASK解调器设计

3.3.1 Qi标准中ASK信号特征

3.3.2 ASK解调器方案选择

3.3.3 数字ASK正交解调法原理

3.4 ASK解调预处理电路

3.5 数字ASK解调器实现

3.5.1 NCO

3.5.2 低通滤波器

3.5.3 直流滤波器

3.5.4 过零处理

3.5.5 脉冲宽度计数模块

3.5.6 模式识别

3.5.7 引导码检测

3.5.8 比特检测模块

3.5.9 成帧模块

3.5.10 交互模块

3.6 PWM&FSK发生器

3.6.1 时钟基准模块

3.6.2 波形产生模块

3.6.3 死区产生模块

3.6.4 FSK信号控制模块

3.6.5 交互模块

3.7 本章小结

第四章 Qi标准通信系统接收端电路设计

4.1 通信系统接收端电路整体设计

4.2 整流电路

4.3 ASK调制电路

4.4 FSK解调预处理电路

4.5 FSK解调器设计

4.5.1 Qi标准中FSK信号特征

4.5.2 FSK解调方案对比

4.6 数字FSK解调器实现

4.6.1 周期计数模块

4.6.2 计数缓冲模块

4.6.3 低通滤波器

4.6.4 频率检测模块

4.6.5 比特检测模块

4.6.6 成帧模块

4.6.7 交互模块

4.7 本章小结

第五章 Qi标准通信系统软件设计

5.1 Qi标准通信过程概述

5.1.1 发射端行为

5.1.2 接收端行为

5.1.3 典型通信场景

5.2 软件开发基础

5.2.1 处理器与存储

5.2.2 集成开发工具

5.3 发射端软件设计

5.3.1 硬件抽象层

5.3.2 功能模块层

5.3.3 应用程序层

5.4 本章小结

第六章 数字设计仿真验证与系统测试

6.1 数字设计仿真验证

6.1.1 数字ASK解调器功能仿真

6.1.2 数字FSK解调器功能仿真

6.1.3 PWM&FSK发生器功能仿真

6.2 系统测试环境

6.2.1 FPGA开发

6.2.2 外围功能电路

6.2.3 系统测试环境

6.3 系统测试结果与分析

6.3.1 基带信号的频率偏移对通信的影响

6.3.2 载波信号的频率对通信的影响

6.3.3 不同数据包对通信的影响

6.3.4 发射端与接收端线圈水平偏移对通信影响

6.3.5 发射端与接收端线圈垂直偏移对通信影响

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢