无线传感器网络物理层相关

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1、无线传感器网络-----物理层演讲者：于连河、李永超、彭洋洋、童俊杰、郑磊内容提要：概述频段分配通信信道调制与解调无线传感器网络物理层设计要点物理层非理想特性研究1、概述无线传感器网络简称WSN，是由部署在监测区域内的大量、廉价、微型传感器节点组成，这些节点以无线通信的方式形成一个多跳的、自组织的网络系统，能够协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。WSN协议栈多采用五层协议：应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。与以太网协议栈的五层协议相对应。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。物理层的媒体包括平衡电缆、

2、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。DTE既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。数据传输通常是经过DTE─DCE，再经过DCE─DTE的路径。无线传感器网络物理层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，也是WSN的研究重点之一。1、概述无线传感器网络物理层对节点能耗的影响：DeborahEstrin在Mobicom2002会议的特邀报告（WirelessSensorNetworks，PartIV：SensorNetworksProtoco

3、ls）中所述传感器节点各部分能量消耗的情况，从下图可知，传感器节点的大部分能量消耗在无线通信模块。通信单元在不同工作状态下的功耗2、频段分配欲熟悉频段的分配，首先先看一下电磁波的波谱，如下图所示：2、频段分配名称甚低频低频中频高频甚高频超高频特高频极高频符号VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF频率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波波长1KKm-100Km10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1

4、cm10mm-1mm传播特性空间波为主地波为主地波与天波天波与地波空间波空间波空间波空间波主要用途海岸潜艇通信;远距离通信;超远距离导航越洋通信;中距离通信;地下岩层通信；远距离导航船用通信;业余无线电通信;移动通信;中距离导航远距离短波通信;国际定点通信电离层散射(30-60MHz);流星余迹通信;人造电离层通信(30-144MHz);对空间飞行体通信;移动通信小容量微波中继通信;(352-420MHz);对流层散射通信(700-10000MHz);中容量微波通信(1700-2400MHz)大容量微波中继通信(3600-4200MHz);大容量微波中继通信(5850-8500M

5、Hz);数字通信;卫星通信;国际海事卫星通信(1500-1600MHz)再入大气层时的通信;波导通信*数据来自中国无线电频率划分规定（0.03Hz-3000GHz，共14个频带）2、频段分配ISM波段ISM波段的特点是无须申请，利于降低成本。3、通信信道3.1、电磁波的传播3、通信信道3.1、电磁波的传播3、通信信道3.2、衰减与信道损失3、通信信道3.3、多径传播在超短波、微波波段，电波在传播过程中还会遇到障碍物，例如楼房、高大建筑物或山丘等，对电波产生反射、折射或衍射等，因此，到达接收天线的信号可能存在多种反射波（广义地说，地面反射波也应包括在内），这种现象称为多径传播。3、

6、通信信道3.4、实际物理信道实际环境中的无线信道往往比较复杂，除了自由空间损耗还伴有多径、阴影以及多普勒频移引起的衰落。考虑到比自由空间下更强的衰落，采用改进的Friss方程：n是信道损失指数，一般取2~6之间。衰落分贝表达式为：考虑到障碍物的情况下：在dB表达式中模型中加入一均值为0，方差为σ2的高斯随机变量,等价于与一对数正态分布相乘，故其对数正态衰落表达式为：4、调制与解调4、调制与解调4.1模拟调制基于正弦波的调制技术无外乎对其参数幅度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)。下图给出了这几种调制

7、方式的一般波形图。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。（a）AM双边带调制波（b）调频信号（c）调相信号4、调制与解调4.2数字调制4、调制与解调4.2数字调制4、调制与解调4.3UWB通信技术超宽带（UltraWideBand：UWB）无线通信技术是近年来备受青睐的短距离无线通信技术之一，由于其具有高传输速率、非常高的时间和空间分辨率、低功耗、保密性好、低成本及易于集成等