[發(fā)明專利]無線傳感網(wǎng)短波通信掃頻頭調(diào)制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810060077.2
• 申請日: 2008-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN101350634A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付耀先;何洪路
• 申請（專利權(quán)）人: 中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心
• 主分類號(hào): H04B1/707
• 分類號(hào): H04B1/707;H04L12/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 沈志良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涉及無線傳感網(wǎng)短波通信和自適應(yīng)通信領(lǐng)域，特別地，涉及一種無線傳感網(wǎng)短波通信掃頻頭調(diào)制方法說明書。?

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Network，WSN)涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，其綜合了傳感器技術(shù)、嵌人式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對(duì)象的信息，并將該些信息通過無線方式予以發(fā)送，同時(shí)還能以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界以及人類社會(huì)三元世界的連通，因此，傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，尤其在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。?

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink?node)兩大類。大量具有無線傳輸能力的傳感節(jié)點(diǎn)由電池供電，隨機(jī)部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感節(jié)點(diǎn)將興趣事件通過節(jié)點(diǎn)間多跳方式上傳至Sink，在上傳過程中傳感數(shù)據(jù)可能與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)同或融合處理，從而達(dá)到提高上傳信息熵和降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的目的。Sink在收集目標(biāo)區(qū)域的信息后通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星發(fā)送至終端用戶或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的應(yīng)用示意圖如圖1所示。?

從應(yīng)用層面來講，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為人類的神經(jīng)末梢網(wǎng)絡(luò)，是人與物理世界之間溝通的網(wǎng)絡(luò)媒介，具有網(wǎng)絡(luò)長期無人值守和泛在化的特點(diǎn)。其需求領(lǐng)域極為廣泛，且應(yīng)用環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)具有多樣化特性，如節(jié)點(diǎn)的布設(shè)密度、間?距、通信環(huán)境、傳感器種類、目標(biāo)事件發(fā)生概率、數(shù)據(jù)流量大小、QoS服務(wù)保障等均存在巨大的差異性。因此，各類無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用開發(fā)必然具有階梯式發(fā)展的特點(diǎn)，由典型應(yīng)用到泛在網(wǎng)絡(luò)逐步建立和完善，如圖2所示。?

無線傳感網(wǎng)的信息傳遞，大多數(shù)情況下為信息的上傳，節(jié)點(diǎn)以短距多跳形式向sink節(jié)點(diǎn)上傳信息，但對(duì)雙向通信的傳感網(wǎng)而言，用戶或sink節(jié)點(diǎn)處對(duì)節(jié)點(diǎn)下發(fā)命令或進(jìn)行其他調(diào)度時(shí)，即信息下傳時(shí)，若采用與信息上傳相同的機(jī)制，節(jié)點(diǎn)間仍需要進(jìn)行多跳的信息交互，將導(dǎo)致各個(gè)節(jié)點(diǎn)收到命令的時(shí)間不一致，延緩了命令下達(dá)速度，且在信息的傳遞過程中耗費(fèi)了傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)大量的能量，影響了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。本專利的系統(tǒng)背景中，由于指控中心和傳感探測節(jié)點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，且下達(dá)命令信息較短，下行信息傳遞時(shí)，采用短波通信方式，通過大范圍的電波覆蓋達(dá)到命令的直接傳輸。本系統(tǒng)中，傳感節(jié)點(diǎn)由于能量的限制，無法通過短波進(jìn)行信息的上傳，從而該系統(tǒng)為單向通信系統(tǒng)。?

短波通信是指利用波長為100~10m(頻率為3~30MHz)的電磁波進(jìn)行的無線電通信。短波通信可以利用地波或低電離層反射進(jìn)行幾十公里到幾百公里的中近距離通信，也可以利用中高電離層反射進(jìn)行數(shù)千乃至上萬公里的遠(yuǎn)距離通信，借助于中繼站，短波通信甚至可以進(jìn)行環(huán)球通信。短波電臺(tái)既可以是大型固定臺(tái)，也可以是車載、艦載、機(jī)載或背負(fù)式移動(dòng)臺(tái)，短波通信設(shè)備簡單，造價(jià)低廉，靈活機(jī)動(dòng)，且信道不易摧毀，因而短波通信多年來被廣泛地用于政府、軍事、外交、氣象、商業(yè)等部門，用來傳送語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)等信息。?

但短波通信通過電離層反射信道是一種時(shí)變的色散信道，在某個(gè)時(shí)間段，往往只存在一個(gè)頻段可保證信息傳輸，故在利用天波的短波通信中，需要根據(jù)MUF_F2和MUF_E進(jìn)行最佳工作頻率FOT的選擇。為了提高系統(tǒng)抗衰落和抗干擾的能力，系統(tǒng)中約定幾十個(gè)頻點(diǎn)作用待選用信道，在頻率探測器在其中探測到最佳工作頻率后，發(fā)射機(jī)將發(fā)射頻率調(diào)整到相應(yīng)頻率上進(jìn)行發(fā)射。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)信息傳輸能取得較高的能效比，設(shè)置了多種調(diào)制方式供選擇。我們通過掃頻頭來進(jìn)行當(dāng)前工作頻點(diǎn)和調(diào)制方式的確定，則在接收端，需要通過對(duì)掃頻頭的捕獲來判定當(dāng)前工作狀態(tài)。接收機(jī)具備自適應(yīng)掃頻能力以捕獲發(fā)射機(jī)在某頻點(diǎn)發(fā)射的掃頻頭信號(hào)，捕獲成功后，接收機(jī)定于該頻點(diǎn)并使用掃頻頭指明的調(diào)制方式接收數(shù)據(jù)。?

掃頻是一切數(shù)據(jù)接收的基礎(chǔ)，是突發(fā)式傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的前提，也是自適應(yīng)選頻、自適應(yīng)調(diào)制實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，所以掃頻模塊是接收機(jī)中最重要的一部分，如果掃頻失敗，接收機(jī)將無法接收任何數(shù)據(jù)，這對(duì)掃頻模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提出了?極高的要求。?