多天線超寬帶無線電通信的研究

王宇庭

渤海大學(xué)

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多天線超寬帶無線電通信的研究

王宇庭

渤海大學(xué)

伴隨著無線超寬帶的通信技術(shù)的發(fā)展，超寬帶相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)得到了合理的應(yīng)用，貸款、功耗、技術(shù)定位等方面是具有無線通信優(yōu)勢的技術(shù)前景。通過對無線傳感器的合理網(wǎng)絡(luò)功耗認識，加深低成本控制，提高結(jié)構(gòu)的簡易程度，保證較高的精準(zhǔn)定位過程，加深超寬技術(shù)的發(fā)展，完善無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)同喜的協(xié)議拓展，從而有效的認識無線網(wǎng)絡(luò)傳感器可以為無線超寬帶帶來的相關(guān)技術(shù)發(fā)展的機遇。

無線 超寬帶 通信

1　引言

無線超寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步發(fā)展，形成無線超寬帶的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，是按照一定的規(guī)定完成相關(guān)參數(shù)設(shè)置的，合理的完成定位設(shè)計、3MAC層設(shè)計，從而加深數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移等數(shù)據(jù)傳送的功能，完成大量數(shù)據(jù)的快速有效化傳遞過程，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性、合理性，實現(xiàn)了多天線超寬帶無線電通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的有效性，保證了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)體系的合理結(jié)構(gòu)。

2　無線網(wǎng)絡(luò)傳感器

以低能耗、低功率和低成本的物理層面進行指標(biāo)控制。在協(xié)議數(shù)據(jù)連接中進行MAC傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)控制。物理層面包括編碼周期的調(diào)制，通信速率的控制，通信功耗以及通信頻段的控制，MAC層面的主要節(jié)點有通信沖突的信道資源分配問題，采用多種技術(shù)通信可以完成有效的選擇和分配。網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點自身的特點是在實際應(yīng)用中進行單元時間與能量的距離限制，拓展網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域范圍，合理的傳遞網(wǎng)絡(luò)信號中多頻率調(diào)動的傳輸機制控制，有遠距離的延伸完成高能耗的增加控制，從而有效的滿足多天線超寬帶無線電通信中可能產(chǎn)生的通信距離問題。傳感器硬件結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

圖1-1　傳感器硬件結(jié)構(gòu)

3　超寬帶無線通信技術(shù)

超寬帶無線通信技術(shù)是一種具有較短距離的1GHz以上的帶寬，信號的功率頻譜密度低的先進的通信技術(shù)。通過國際規(guī)范設(shè)定UWB的初步規(guī)范意見，在短距離限定范圍內(nèi)完善通信中的相關(guān)應(yīng)用，保證合理的應(yīng)用通信范疇。超寬帶定義的范圍是使用的任何一個超寬頻譜系統(tǒng)，任何系統(tǒng)只要滿足無線電通信系統(tǒng)的相關(guān)條件，具有較高的傳輸速率和較高的定位精度，就可以完成超寬帶無線通信的信息共享，保證頻譜范圍的有效控制，實現(xiàn)共享頻譜的目的。

高傳輸距離是系統(tǒng)的頻帶寬度較寬，利用香濃信道公式，在較低的信噪比范圍內(nèi)，對系統(tǒng)進行短距離的，每秒百兆到1G的傳輸速率傳輸，提高在繼續(xù)時間的較短脈沖下時間、空間的分辨能力效果，提高UWB信號的多系統(tǒng)分辨率。超寬帶無線通信是將無線通信與實時定位相互結(jié)合起來，與GPS系統(tǒng)提供的地理地址方式不同，基帶脈沖信號是具有相對位置的，其精度較GPS高，可以定位到厘米級別范圍內(nèi)。信號具有較廣的頻譜寬度，通過系統(tǒng)反射的功率頻譜密度較低。穿透能力強，因為基帶脈沖中含有較多的低頻分量離子，可以順利的穿透土地、板材、混凝土，甚至流動的水體介質(zhì)，這樣就可以保證有效的信號探測范圍，完成超寬帶無線通信過程。

4　超寬帶的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在無線通信網(wǎng)絡(luò)的物理層次中，國際上主要以IEEE802.15.3標(biāo)準(zhǔn)為超寬帶的標(biāo)準(zhǔn)組織，從而擬定高速率通信標(biāo)準(zhǔn)和低速率通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.15.3a采用UWB與Wi-Media二者的兩大正營的標(biāo)準(zhǔn)，使用擴頻技術(shù)，是用3.1～4.9GHz的地波段和6.2～9.7GHz的高波段，其中地波段的通信速率最高為1G，高波段的通訊速率為2G，采用UWB頻譜的14波段，對每個528帶寬的波段進行480M的通信速率控制，逐步推廣標(biāo)準(zhǔn)化速率的控制市場，經(jīng)過市場的驗證，是UWB的IEEE標(biāo)準(zhǔn)得到了合理的控制，有效的將兩種標(biāo)準(zhǔn)可以合理的速率水平控制，實現(xiàn)基于擴頻通信的低速率UWB方案的審核，加深UWB低速率相關(guān)任務(wù)的精準(zhǔn)度，保證30m的通信范圍和1M的傳輸速率控制，實現(xiàn)IEEE802.15.4a的低速率標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟控制過程，完善多天線超寬帶無線電通信的整體標(biāo)準(zhǔn)傳送發(fā)展過程。

5　基于超寬帶的通信網(wǎng)絡(luò)傳感器

目前的超寬帶通訊技術(shù)中，無線傳感器的研究主要集中在物理層的接口設(shè)計上，通過網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點定位設(shè)計，合理的完善信道資源的有效化分配過程，實現(xiàn)MAC層數(shù)據(jù)算法的有效化設(shè)計過程。

5.1物理層面的設(shè)計過程

物理層面的設(shè)計主要是應(yīng)用與各種可靠的通信中，以合理的實效方法減輕移動通信中的多種干擾問題，提供較為合理的系統(tǒng)實效應(yīng)用，完成高速率的視屏點對點的通信過程，從而完成數(shù)字音頻信號的有效化傳輸過程，從而解決傳輸感應(yīng)器中多跳網(wǎng)絡(luò)之間的頻率降低的問題。采用合理的100m距離作用，1GHz的通信帶寬，6GHz的載波頻率，采用10Mbit/s、40Mbit/ s兩種碼速完成UWB的多路徑干擾控制。即數(shù)據(jù)采用分組進行，通過映射的方式對符號信息進行擴展，實現(xiàn)時間的正交換序列。碼間串?dāng)_可以通過正交性序列消除掉。為了合理的消除節(jié)點本身發(fā)送來的干擾，接觸節(jié)點信號的干擾問題，采用MAC層的政教特性碼分復(fù)用方式，通過信道的檢驗過程時間自適應(yīng)的數(shù)據(jù)信號調(diào)制。采用PPM解調(diào)的方式對WSN接收器進行方案設(shè)計，提高通信能量的頻率，從而實現(xiàn)跨層次傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

5.2信號的定位設(shè)計過程

在目標(biāo)信號的搜索、跟蹤和檢測過程中，通過對數(shù)據(jù)的合理路由控制，在無線傳感器中合理的加深傳感器的物理位置定位過程，提高定位的準(zhǔn)確度。通過GPS系統(tǒng)或人工定位系統(tǒng)完善系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)節(jié)點定位。從而精確的保證定位的距離和角度的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)信息定位，提高精準(zhǔn)度，降低硬件的需求技術(shù)。目前我國的大多數(shù)定位技術(shù)都采用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定位技術(shù)。這種方法具有較好的抗干擾的能力，可以對虛假信號以及被測試的節(jié)點的真實性進行合理的判斷。通過對整體通信信號區(qū)域的控制，提高移動傳輸器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)化傳輸安全級別，從而加深UWB傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中測量距離的合理方差范圍，將距離測量、定位設(shè)計結(jié)合起來。采用UWB傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成多角度、多無線接收器的精準(zhǔn)定位，對不同的鏈接過程進行信號系統(tǒng)的調(diào)制，實現(xiàn)靜態(tài)傳感器的精準(zhǔn)定位網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)果，從而認識能量消耗與路由之間的選擇關(guān)系。

5.3MAC層面的設(shè)計過程

通過將UWB應(yīng)用與傳感器網(wǎng)絡(luò)中，合理的認識網(wǎng)絡(luò)傳輸可能帶給系統(tǒng)的效益。在設(shè)計方案中，對傳感器的節(jié)點進行移動和固定兩種方法的控制，移動節(jié)點通過利用UWM的高精度定位系統(tǒng)向固定節(jié)點發(fā)射坐標(biāo)信息，而固定節(jié)點則采用信息化的收集過程，通河后期的服務(wù)質(zhì)量控制系統(tǒng)完成UWB的定位。UWB的定能耗可以有效的節(jié)約移動節(jié)點的能源限制，從而有效的延長UWB系統(tǒng)工作的使用壽命。為了解決多節(jié)點同時訪問統(tǒng)一節(jié)點造成信道堵塞的問題，在MAC系統(tǒng)中采用分時調(diào)用的方式完成MAC系統(tǒng)問題的原因控制，介紹Aloha和CSMA兩種MAC協(xié)議，認識多跳傳輸中應(yīng)用應(yīng)當(dāng)具有的協(xié)議，逐步的修正協(xié)議過程內(nèi)容，核算網(wǎng)絡(luò)信息的覆蓋面積和總的網(wǎng)絡(luò)信息收集能力的比例關(guān)系。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中合理的完成網(wǎng)絡(luò)信息吞吐量的控制，對單個的傳輸損害采用發(fā)生概率的方式進行有效的衡量，分析增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通信跳數(shù)，認識小覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，可以降低多路訪問問題的干擾程度。協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

圖1-2　協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)

6　結(jié)語

綜上所述，多天線超寬帶的無線通信系統(tǒng)可以憑借功率消耗程度、定位精準(zhǔn)程度以及帶寬對無線通信領(lǐng)域中的技術(shù)指標(biāo)進行技術(shù)控制，認識超寬帶的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，認識MAC層面的設(shè)計過程，加深物理層面以及動態(tài)信號層面的多天線超寬帶無線電通信系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和研究，從而實現(xiàn)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的低成本、低功耗、高定位、高精準(zhǔn)的整體要求，降低多天線超寬帶的無線通信系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)超寬帶技術(shù)的通信協(xié)議控制，保證無線傳輸器的網(wǎng)絡(luò)中的物理層面的有效化管理過程，從而提高無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程。

［1］ 王明陽著.超寬帶沖激無線電信號檢測技術(shù).國防工業(yè)出版社；2013，0201：5-107

［2］ 王金龍著.無線超寬帶（UWB）通信原理與應(yīng)用——21世紀信息與通信技術(shù)教程.人民郵電出版社； 2005，1101：9-98

［3］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會著.無線高速率超寬帶媒體訪問控制和物理層接口規(guī)范.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社； 2011，0601：18-116