基于商业射频芯片的高可靠通信系统的研究-电子与通信工程专业论文.docxVIP

1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘 要 随着无线传输技术的发展，低功耗、低成本的商业射频芯片广泛应用于无线 传感器网络等领域。但是，由于发射功率较低，在复杂的传播环境下，采用该类 射频芯片的无线通信系统的可靠性明显下降。因此，提高基于商业射频芯片的无 线通信系统的可靠性具有重要意义。传统解决办法可采用基于前向纠错（Forward Error Correction，FEC）的方法来提高通信系统的可靠性。但是，当商业射频芯 片应用在复杂的传输环境中时，基于 FEC 的方法不能有效地抵抗多径效应的影 响，对该类射频芯片的无线通信系统的可靠性改善并不明显。协作通信技术是提 高通信系统可靠性的另一类方法，该技术利用网络中的空闲节点参与协作，获得 空间分集增益，可在不增加系统资源的情况下有效对抗多径衰落，提高频率和功 率利用率。 为抵抗多径效应的影响，进一步提高基于商业射频芯片的无线通信系统的可 靠性，本文结合基于 FEC 的方法和协作通信技术，设计了基于率匹配 Turbo 码 的协作通信验证系统。该验证系统包括控制节点、源节点、中继节点和目的节点， 其中每个节点的通信模块由单片机 C8051F120 和射频芯片 CC1101 组成。在该系 统中，控制节点通过计算局域网发送命令帧，实现系统中所有节点的同步。源节 点和中继节点采用基于率匹配 Turbo 码的编码协作方案，目的节点通过迭代译 码，同时获得了编码增益与分集增益，从而提高商业射频芯片的可靠性。 本文设计协作通信验证系统的内容包括硬件系统的设计、上位机软件设计和 单片机程序设计，并在实际环境中测试系统性能。测试结果表明，与点对点传输 相比，基于率匹配 Turbo 码的协作通信传输方案能显著降低误包率，提高商业射 频芯片的可靠性。 关键词： 商业射频芯片 协作通信 率匹配 Turbo 码 编码协作 2 2 ABSTRACT With the development of wireless communications, commercial RF chips with low power consumption and low cost have been widely used in the fields of wireless sensor networks. However, because of the low power of RF chips, the reliability of commercial RF chips decreases obviously. Therefore, it is crucial to improve the reliability of commercial RF chips. The method based on forward error correction (FEC) improves the reliability of commercial RF chips by using channel coding. However, when applied in complex transmission environment, these schemes cannot effectively resist the influence of multipath effect. Thus the reliability of commercial RF chips cannot be effectively improved. To resist the influence of multipath effect and improve the reliability of commercial RF chips, based on rate-compatible punctured Turbo cod