无线传感器网络物理层设计.pptxVIP

;无线传感器网络物理层概述 无线传感器网络物理层调制解调技术 无线传感器网络物理层信道特性 无线传感器网络物理层设计要点 ;物理层：位于最低层，向下直接与物理传输介质相连接，主要负责数据的调制、发送与接收，是决定WSN的节点体积、成本以及能耗的关键环节。 主要功能：为数据终端设备提供传送数据的通路；传输数据；其他管理工作，如信道状态评估、能量检测等。 节点各单元的功能对比如图所示：大部分能量消耗在收发上;物理层的传输介质主要包括无线电波、红外线和光波等。 目前WSN的主流传输方式是无线电波。易于产生，传播距离远，且容易穿透建筑物，在通信方面没有特殊的限制。例如红外线。 红外线：不受无线电波干扰，且红外线的使用不受国家无线电管理委员会的限制；但是红外线的缺点是对非透明物体的透过性极差，只能在一些特殊的WSN应用中使用。 光波传输：不需要复杂的调制/解调机制，接收器的电路简单，单位数据传输功耗较小。光波与红外线相似，通信双方可能被非透明物体阻挡，因此只能在一些特殊的WSN应用中使用。;第二章 无线传感器网络物理层设计; 在频率选择方面，目前一般选用工业、科学和医疗（ISM）频段。选用ISM频段的主要优点是ISM频段是无须注册的公用频段、具有大范围的可选频段、没有特定的标准，可以灵活使用。面对传感器节点小型化、低成本、低功耗的特点，在欧洲使用433 MHz的ISM频段，在美国使用915 MHz的ISM频段。 ;传统的无线通信系统：频谱效率、误码率、环境适应性，以及实现的难度和成本。而无线传感器网络要解决：节能和成本。 常用调制方式： 模拟调制 数字调制 扩频通信 UWB通信技术;模拟调制 基于正弦波的调制技术主要是对其参数幅度A(t)、频率f(t), 相位φ?(t)的调整。分别对应的调制方式为幅度调制（AM）、频率调制(FM)、相位调制(PM)。 由于模拟调制自身的功耗较大且抗干扰能力及灵活性差，所以正逐步被数字式调制技术替代。但当前，模拟调制技术仍在上（下）变频处理中起着无可替代的作用。 ;模拟调制;数字调制 数字调制技术是把基带信号以一定方式调制到载波上进行传输。从对载波参数的改变方式上可把调制方式分成三种类型：ASK、FSK和PSK。 每种类型又有多种不同的具体形式。如正交载波调制技术、单边带技术、残留边带技术和部分响应技术等都是基于ASK的变型。FSK中又分连续相位（CPFSK）与不连续相位调制，以及多相PSK调制等，或混合调制如M-QAM，在这些调制技术中常用的是多相相移键控技术、正交幅度键控技术和连续相位的频率键控技术。;B-ary数字调制;M-ary调制：即多进制调制，与二进制数字调制不同的是：多进制调制利用多进制数字基带信号调制载波信号的振幅、频率或相位，由此相应地有多进制振幅调制、多进制频率调制和多进制相位调制三种基本方式。 ;与二进制相比，多进制调制在性能上有以下特点。 （1）在相同的码元传输速率条件下，M-ary调制系统的信息传输速率是二进制调制系统的log2M倍，即与二进制调制相比，M-ary调制能够通过单个符号发送多位数据来减少发射时间。 （2）M-ary调制需要在输入端增加2-M转换器，相应地，在接收端需要增加M-2转换器，因此与二进制调制相比，M-ary调制的电路更为复杂。 （3）M-ary调制需要更高的发射功率来发送多元信号。 （4）在启动能量消耗较大的系统中，二进制调制机制更加有效，多进制调制机制仅仅对启动能量消耗较低的系统适用。 （5）M-ary调制的误码率通常大于二进制的误码率。;M-ary调制机制：满足WSN最小化符号率和最大化数据传输率的指标，但简单的多相位M-ary信号将降低检测的敏感度，需要增加发射功率，导致能量浪费。 偏移四相移键控（O-QPSK）：采用四位二进制符号，有效解决上述问题，并且仿真实验表明该方案的节能性比较好。 正交振幅调制（QAM）：同时以载波信号的幅度和相位来代表不同的数字比特编码，把多进制与正交载波技术结合起来，进一步提高频带利用率 ;扩频通信（Spread Spectrum Communication，扩展频谱通信） ：将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽。扩频通信有如下的优点： 抗干扰 抗噪音 抗多径衰落 具有必威体育官网网址性 功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率 可多址复用和任意选址 高精度测量;按照扩展频谱的方式不同，现有的扩频通信系统可以分为： 直接序列扩频(Direct Sequence