《WSN物理层技术》PPT课件

《《WSN物理层技术》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章物理层技术2.1概述2.2频率分配2.3通信信道2.4调制解调技术2.5物理层设计2.6小节12.1概述WSN协议栈的五层模型中，物理层主要负责数据的调制、发送与接收，是决定WSN节点体积、成本以及能耗的关键环节。传感器节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。从传感器节点各部分能量消耗的情况可以看出，传感器节点大部分能量消耗在无线通信模块。节点传输信息时要比执行计算时更消耗能量：传输1比特信息100m距离需要消耗的能量大约相当于执行3000条计算指令消耗的能量。随着集成电路工艺的发展，

2、处理器和传感器模块的功耗越来越少，通信模块能量消耗占的比重是越来越大。2图2-1节点各单元功耗分布图32.2频率分配对于一个无线通信系统来说，频率波段的选择非常重要。由于在6GHz以下频段的波形可以进行很好的整形处理，能较容易地滤除不期望的干扰信号，所以当前大多数射频系统都是采用这个范围的频段。4表2-1频段划分及主要用途5表2-2ISM波段频率频率说明13.553~13.567MHz26.957~27.283MHz40.66~40.70MHz433~464MHz欧洲902~928MHz美国2.4~2.5GHz

3、WLAN/WPAN技术使用5.725~5.875GHzWLAN技术使用24~24.25GHz62.3通信信道2.3.1自由空间信道2.3.2多径信道2.3.3加性噪声信道7自由空间信道自由空间信道是—种理想的无线信道，它是无阻挡、无衰落、非时变的自由空间传播信道如图2-2所示，假定信号发射源是一个点(a点)，天线发射功率为，则与点a相距d的任一点上(相当于面积为的球面上)的功率(通量)密度为：8自由空间信道9自由空间信道Friis方程主要是针对远距离理想无线通信，对于无线传感器网络、蓝牙(Bluetooth)等

4、短距离通信。工程上往往来用改进的Friis方程来表示实际接收到的信号强度，即为102.3.2多径信道在超短波、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。如图2-3所以。因此，到达接收天线的信号可能存在多种反射波（广义地说，地面反射波也包括在内），这种现象称为多径传播。可以用图2-3表示这一现象。112.3.2多径信道图2-3造成多径传播的原因122.3.2多径信道（1）反射：当信号传播碰撞到，当一个信号波形在媒体A中传播时，碰到另一个媒体B，且两个媒体

5、的边界是平滑的，媒体B边长大大地大于信号波长，则传播信号波形的一部分会被反射回媒体A，另一部分则进入媒体B而其余的部分则被吸收掉了。究竟信号的能量有多少被反射、传播或吸收，取决于媒体的材料和信号的频率。（2）衍射：依据惠更斯原理，波形上的任意一点可以被认为是一个新的波源。如果一个传播的波形碰到一个尖锐的边缘，则其可能传播到一个阴影区域。（3）散射：当电波信号传播碰撞到小于信号波长障碍物时，如传播波形碰到一个圆的表面时，则其可能发生多次反射，并弥散到许多方向。13多径效应与衰落特性瑞利衰落信道多径信道，但无可视信

6、道（NLOS）赖斯衰落信道有可视信道（LOS）的多径信道14多径传播中的衰落平坦衰落：相干带宽Bc大于信号带宽Bs（Bc>Bs)时延扩展小于信号符号周期（σTs)15时变信道（多普勒扩展引起的衰落）快衰落多普勒扩展很高相干时间小于符号周期（TcTs)信道变化比基带信号慢162.4调制解调2.4.1模拟调制2.4.2数字调制2.4.3UWB调制2.

7、4.4扩频调制172.4.1模拟调制一个简单的正弦波可以表示为调制方式为幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）目前模拟调制技术仍在上下变频处理中起着无可代替的作用。182.4.2数字调制窄带数字调制技术：ASK、FSK和PSKASK调制电路结构如图2-7(a)，解调结构如图2-7(b)，这种调制方式最大的特点是结构简单易于实现。192.4.2数字调制（C）FSK调制是使用两个频点携带信息的技术，其表达式可表述为式(2.15)。根据调制波形的相位连续性又分为CPFSK(相位连续性FSK)和NCPFS

8、K(相位非连续性FSK)202.4.2数字调制（C）在2PSK中，载波的相位随着调制信号1和0而改变，2PSK的时域表达式为212.4.2数字调制（C）其他调制方式还有MSK、QPSK、OQPSK、MQAM等，222.4.3UWB通信技术超宽带(UWB，UltrawideBand)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。具有高传输速率、高的时间和空间分辨率、低功耗、保密性