代紅英 張仁永

摘要：考慮到一般無線傳感應(yīng)用中上下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆菍?duì)稱性，以及信息傳輸與識(shí)別/定位功能融合的業(yè)務(wù)是未來信息服務(wù)的主流發(fā)展趨勢，因此，作者旨在前期對(duì)非相干混沌調(diào)制以及超寬帶研究的基礎(chǔ)上，研究基于非相干混沌超寬帶的RFID/無線傳感融合網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，即在下行鏈路采用UHF RFID實(shí)現(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)的識(shí)別以及對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)的射頻無線充電，上行采用結(jié)構(gòu)簡化的非相干混沌超寬帶實(shí)現(xiàn)信息的采集。

關(guān)鍵詞：非相干混沌調(diào)制;UHF;RFID

中圖分類號(hào)：TP212.9;TN929.5?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1672-9129（2020）10-0085-02

信息與通信技術(shù)在生活與生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，加速推動(dòng)了人與人、人與物和物與物之間的普遍連接，面向個(gè)人生活的連接無處不在，面向生產(chǎn)領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開始萌芽，不同產(chǎn)業(yè)之間的融合加速，新的產(chǎn)業(yè)類型呼之欲出。物聯(lián)網(wǎng)正是這種普遍連接與互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的體現(xiàn)，作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN： Wireless Sensor Network）和射頻識(shí)別（RFID： Radio Frequency Identification）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、健康醫(yī)療、智能建筑、倉儲(chǔ)物流等領(lǐng)域。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一類能量受限的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)所攜帶的能量決定了網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。高效地使用有限的能量，依賴于降低節(jié)點(diǎn)電路與通信協(xié)議中的開銷和能量消耗。因此，需要一系列的低功耗技術(shù)支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，如低功耗的物理層傳輸技術(shù)和媒介訪問控制（MAC）等。

針對(duì)能量受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)雙頻帶的RFID/無線傳感融合網(wǎng)絡(luò)，以窄帶的UHF RFID信號(hào)用于對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)的識(shí)別和射頻能量傳輸（RF energy transfer），以非相干的混沌超寬帶用于上行鏈路的高速數(shù)據(jù)采集。研究射頻能量傳輸條件下，RFID讀寫器發(fā)射天線波束成型算法和時(shí)隙調(diào)度算法，以及傳感節(jié)點(diǎn)的接入與休眠/喚醒機(jī)制，預(yù)期獲得高能量效率的RFID/無線傳感融合網(wǎng)絡(luò)傳輸策略。

1?RFID/無線傳感融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下射頻能量與信息同時(shí)傳輸?shù)馁Y源分配機(jī)制

1.1讀寫器多天線的傳輸能量波束成型算法。在該雙頻帶配置中，UHF RFID鏈路采用上、下行時(shí)分復(fù)用，因此利用信道的互易性，研究不完備信道信息（CSI）情況下，讀寫器多天線的傳輸能量波束成型（Energy Beamforming）算法。

1.2網(wǎng)絡(luò)中傳感節(jié)點(diǎn)收集能量的分布特性。給定發(fā)射功率和時(shí)隙分配策略，運(yùn)用隨機(jī)幾何方法，分析波束成型算法、節(jié)點(diǎn)位置以及信道特性與節(jié)點(diǎn)所收集能量之間的關(guān)系，建立節(jié)點(diǎn)收集能量的分布模型。

1.3給定讀寫器能量約束下的UHF RFID鏈路資源聯(lián)合優(yōu)化?；诠?jié)點(diǎn)能量分布模型，分析節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸需求與節(jié)點(diǎn)能量之間的關(guān)系，進(jìn)而聯(lián)合優(yōu)化UHF RFID鏈路下行射頻能量傳輸時(shí)隙和上、下行信息傳輸時(shí)隙的分配。

2?高能量效率的上行物理層傳輸策略

2.1基于軟輸出編碼調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。分析非相干混沌調(diào)制在AWGN和密集多徑衰落信道（超寬帶信道）下的信道容量，為該調(diào)制下的信道編碼碼率選取，碼型設(shè)計(jì)提供理論支撐，并完成基于軟輸出的編碼調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2超寬帶上行鏈路的自適應(yīng)機(jī)制。假定讀寫器接收機(jī)可對(duì)超寬帶上行鏈路的信道特性進(jìn)行估計(jì)，利用UHF RFID鏈路下行反饋部分信道信息到傳感節(jié)點(diǎn)，研究有限、過時(shí)信道信息下，超寬帶上行鏈路的自適應(yīng)策略。

2.3建立單位比特所需發(fā)射功率和信號(hào)處理電路能耗的統(tǒng)一功耗模型。給定傳輸可靠性（BER）條件下，研究單位比特功耗與節(jié)點(diǎn)位置之間的關(guān)系，建立基于節(jié)點(diǎn)位置的能量效率優(yōu)化方法。

2.4超寬帶壓縮采樣接收算法。分析RFID鏈路對(duì)UWB鏈路性能的影響，研究在RFID信號(hào)作為窄帶干擾下，壓縮采樣觀測矩陣的選取，分析窄帶干擾對(duì)壓縮采樣恢復(fù)算法和接收機(jī)同步的影響，從而設(shè)計(jì)合理的信號(hào)檢測和接收同步算法。

3?RFID/無線傳感融合網(wǎng)絡(luò)MAC層的研究

3.1基于時(shí)分多址（TDMA）接入機(jī)制，研究與節(jié)點(diǎn)射頻收集能量分布相適應(yīng)的上行超寬帶接入策略，設(shè)計(jì)時(shí)變的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)休眠/喚醒策略。

3.2基于隨機(jī)多址機(jī)制，研究與節(jié)點(diǎn)RF收集能量分布相適應(yīng)的上行超寬帶接入策略和節(jié)點(diǎn)休眠/喚醒機(jī)制，探討節(jié)點(diǎn)公平與系統(tǒng)吞吐量最大化之間的折中。

3.3分析功率控制、編碼調(diào)制選擇對(duì)鏈路信號(hào)干擾噪聲比（SINR）以及MAC層丟包率的影響，研究MAC層的重傳機(jī)制。

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