无线传感器网络物理层ppt课件.ppt

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1、无线传感器物理层和简单介绍数据链路层叶高松，俞凯，陈斌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LanF.AkyildizD提出了WSN协议栈的五层模型，分别对应OSI参考模型的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。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、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

2、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：SensorNetworksProtocols）中所述传感器节点各部分能量消耗的情况，从图可知，传感器节点的大部分能量消耗在无线通

3、信模块。通信单元在不同工作状态下的功耗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-1cm10mm-1mm传播特性空间波为主地波为主地波与天

4、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(5850-8500MHz);数字通信;卫星通信;国际海

5、事卫星通信(1500-1600MHz)再入大气层时的通信;波导通信2频段分频ISM波段ISM波段的特点是无须申请，利于降低成本。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3通信信道3.1自由空间信道3.2多径信道3.3加性噪声信道3.4实际物理信道3通信信道3.1自由空间信道Friis传输公式：其中，称为自由空间传播损耗（pathloss），只与、d有关。发射源接收机d图4-2无线信道传输3通信信道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

6、射等，如图4-3。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。可以用图4-4来简略表示这一现象。图4-3造成多径传播的原因3通信信道3.2加性噪声信道r(t)=αs(t)+n(t)s(t)n(t)3通信信道3.3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一般大于2.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

7、布相乘，故其对数正态衰落表达式为：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4调制与解调4.1模拟调制4.2数字调制4.3UWB通信技术4.4扩频通信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)。图4-7给出了这几种调制方式的一般波形图。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。4

8、调制与解调（a）AM调制波形图（双边带