無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層ppt課件.ppt

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1、無(wú)線傳感器物理層和簡(jiǎn)單介紹數(shù)據(jù)鏈路層葉高松，俞凱，陳斌內(nèi)容提要概述頻段分配通信信道調(diào)制與解調(diào)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)計(jì)要點(diǎn)物理層非理想特性研究?jī)?nèi)容提要概述頻段分配通信信道調(diào)制與解調(diào)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)計(jì)要點(diǎn)物理層非理想特性研究1概述LanF.AkyildizD提出了WSN協(xié)議棧的五層模型，分別對(duì)應(yīng)OSI參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。物理層為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。物理層的媒體包括平衡電纜、光纖、無(wú)線信道等。通信用的互連設(shè)備指DTE和DCE間的互連設(shè)備。DTE既數(shù)據(jù)終端設(shè)備，又稱物理設(shè)備，如計(jì)算

2、機(jī)、終端等都包括在內(nèi)。而DCE則是數(shù)據(jù)通信設(shè)備或電路連接設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器等。數(shù)據(jù)傳輸通常是經(jīng)過(guò)DTE─DCE，再經(jīng)過(guò)DCE─DTE的路徑。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的調(diào)制、發(fā)送與接收，是決定WSN的節(jié)點(diǎn)體積、成本以及能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是WSN的研究重點(diǎn)之一。1概述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層對(duì)節(jié)點(diǎn)能耗的影響：DeborahEstrin在Mobicom2002會(huì)議的特邀報(bào)告（WirelessSensorNetworks，PartIV：SensorNetworksProtocols）中所述傳感器節(jié)點(diǎn)各部分能量消耗的情況，從圖可知，傳感器節(jié)點(diǎn)的大部分能量消耗在無(wú)線通

3、信模塊。通信單元在不同工作狀態(tài)下的功耗內(nèi)容提要概述頻段分配通信信道調(diào)制與解調(diào)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)計(jì)要點(diǎn)物理層非理想特性研究2頻段分配名稱甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高頻極高頻符號(hào)VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF頻率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超長(zhǎng)波長(zhǎng)波中波短波米波分米波厘米波毫米波波長(zhǎng)1KKm-100Km10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm傳播特性空間波為主地波為主地波與天

4、波天波與地波空間波空間波空間波空間波主要用途海岸潛艇通信;遠(yuǎn)距離通信;超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航越洋通信;中距離通信;地下巖層通信;遠(yuǎn)距離導(dǎo)航船用通信;業(yè)余無(wú)線電通信;移動(dòng)通信;中距離導(dǎo)航遠(yuǎn)距離短波通信;國(guó)際定點(diǎn)通信電離層散射(30-60MHz);流星余跡通信;人造電離層通信(30-144MHz);對(duì)空間飛行體通信;移動(dòng)通信小容量微波中繼通信;(352-420MHz);對(duì)流層散射通信(700-10000MHz);中容量微波通信(1700-2400MHz)大容量微波中繼通信(3600-4200MHz);大容量微波中繼通信(5850-8500MHz);數(shù)字通信;衛(wèi)星通信;國(guó)際海

5、事衛(wèi)星通信(1500-1600MHz)再入大氣層時(shí)的通信;波導(dǎo)通信2頻段分頻ISM波段ISM波段的特點(diǎn)是無(wú)須申請(qǐng)，利于降低成本。內(nèi)容提要概述頻段分配通信信道調(diào)制與解調(diào)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)計(jì)要點(diǎn)物理層非理想特性研究3通信信道3.1自由空間信道3.2多徑信道3.3加性噪聲信道3.4實(shí)際物理信道3通信信道3.1自由空間信道Friis傳輸公式：其中，稱為自由空間傳播損耗（pathloss），只與、d有關(guān)。發(fā)射源接收機(jī)d圖4-2無(wú)線信道傳輸3通信信道3.2多徑信道在超短波、微波波段，電波在傳播過(guò)程中還會(huì)遇到障礙物，例如樓房、高大建筑物或山丘等，對(duì)電波產(chǎn)生反射、折射或衍

6、射等，如圖4-3。因此，到達(dá)接收天線的信號(hào)可能存在多種反射波（廣義地說(shuō)，地面反射波也應(yīng)包括在內(nèi)），這種現(xiàn)象稱為多徑傳播?？梢杂脠D4-4來(lái)簡(jiǎn)略表示這一現(xiàn)象。圖4-3造成多徑傳播的原因3通信信道3.2加性噪聲信道r(t)=αs(t)+n(t)s(t)n(t)3通信信道3.3實(shí)際物理信道實(shí)際環(huán)境中的無(wú)線信道往往比較復(fù)雜，除了自由空間損耗還伴有多徑、陰影以及多普勒頻移引起的衰落?？紤]到比自由空間下更強(qiáng)的衰落，采用改進(jìn)的Friss方程：n一般大于2.衰落分貝表達(dá)式為：考慮到障礙物的情況下：在dB表達(dá)式中模型中加入一均值為0，方差為σ2的高斯隨機(jī)變量,等價(jià)于與一對(duì)數(shù)正態(tài)分

7、布相乘，故其對(duì)數(shù)正態(tài)衰落表達(dá)式為：內(nèi)容提要概述頻段分配通信信道調(diào)制與解調(diào)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層設(shè)計(jì)要點(diǎn)物理層非理想特性研究4調(diào)制與解調(diào)4.1模擬調(diào)制4.2數(shù)字調(diào)制4.3UWB通信技術(shù)4.4擴(kuò)頻通信4調(diào)制與解調(diào)4.1模擬調(diào)制基于正弦波的調(diào)制技術(shù)無(wú)外乎對(duì)其參數(shù)幅度A(t)、頻率f(t),相位φ?(t)的調(diào)整。分別對(duì)應(yīng)的調(diào)制方式為幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制(FM)、相位調(diào)制(PM)。圖4-7給出了這幾種調(diào)制方式的一般波形圖。由于模擬調(diào)制自身的功耗較大且抗干擾能力及靈活性差，所以正逐步被數(shù)字式調(diào)制技術(shù)替代。但當(dāng)前，模擬調(diào)制技術(shù)仍在上（下）變頻處理中起著無(wú)可替代的作用。4

8、調(diào)制與解調(diào)（a）AM調(diào)制波形圖（雙邊帶