第2章--无线传感器网络物理层设计.ppt

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1、第二章无线传感器网络物理层设计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第二章无线传感器网络物理层设计物理层：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无线传感器网络物理层概述第二章无线传感器网络物理层设计物理

2、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。无线传感器网络物理层概述——传输介

3、质第二章无线传感器网络物理层设计第二章无线传感器网络物理层设计无线传感器网络物理层概述——频谱分配在频率选择方面，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433MHz的ISM频段，在美国使用915MHz的ISM频段。无线传感器网络物理层概述——频率选择第二章无线传感器网络物理层设计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

4、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通信技术无线传感器网络物理层调制解调技术第二章无线传感器网络物理层设计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。无线传感器网络物理层调制解调技术第

5、二章无线传感器网络物理层设计模拟调制（a）AM调制波形图（双边带）(b)上为调频信号，下为调相信号无线传感器网络物理层调制解调技术第二章无线传感器网络物理层设计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

6、，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。无线传感器网络物理层调制解调技术第二章无线传感器网络物理层设计B-ary数字调制ASK（AmplitudeShiftKeying），结构简单易于实现，对带宽的要求小，缺点是抗干扰能力差FSK（FrequencyShiftKeying)相比于ASK需要更大的带宽PSK(PhaseShiftKeying)更复杂，但是具有较好的抗干扰能力无线传感器网络物理层调制解调技术第二章无线传感器网络物理层设计M-ary调制：即多进制调

7、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。多进制振幅调制：在相同码元传输速率的条件下，多进制振幅调制与二进制调制具有相同的带宽，并且有更高的信息传输速率。多进制频率调制的原理基本上可以看成二进制频率键控方式的推广。多进制相位调制利用载波的多种不同相位（或相位差）来表示数字信息。可以分成绝对移相和相对（差分）移相两种方式。无线传感器网络物理层调制解调技术第二章无线传感器网络物理层设计

8、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