无线传感器网络物理层
文章目录
- 一、概述
- 1、物理层主要功能
- 2、传输介质
- 3、频率选择
- 二、调制解调技术
- 1、模拟调制
- 2、数字调制
- (1)、B-ary调制
- (2)、M-ary调制
- 3、扩频通信
- 4、UWB通信技术
- 三、信道特性
- 1、传播特性
- 2、自由空间
- 3、多径传播
- 4、噪声
- 四、物理层设计要点
一、概述
物理层主要负责数据的调制、发送、接收，是决定WSN结点体积、功耗、成本的关键。
物理层负责传输比特流
1、物理层主要功能
物理层的主要功能是为数据终端设备提供传输数据的通路、传输数据、其他管理工作。包括以下方面：
- 信源编码
- 信道编码：减少无线信道差错对信源产生的影响
- 交织与调制
- 无线信道传播
- 信息处理
2、传输介质
传输层的无线介质主要包括无线电波、红外线、光波，红外线虽然不受无线电波干扰且使用不受限制，但其对非透明物体穿透性极差，WSN的主流传输方式是无线电波。
3、频率选择
在频率选择方面，一般选用ISM频段，其无需注册公用频段。考虑到WSN结点小型化、低成本、低功耗的特点，在欧洲使用433MHz频段，在美国使用915MHz频段。
二、调制解调技术
相比于传统无线通信系统，WSN要解决节能和成本问题。常用调制方式：
1、模拟调制
基于正弦波的调制技术主要是对其幅度、频率、相位的调整，分别称为：AM、FM、PM。由于模拟调制功耗较大、抗干扰能力弱、灵活性差，正逐步被数字调制替代。
2、数字调制
数字调制是把数字基带信号以一定方式调制到模拟载波上进行传输，从对载波参数的改变上可以分为：ASK、FSK、PSK。
(1)、B-ary调制
- ASK
结构简单易于实现，对带宽要求小，但抗干扰能力差。 - FSK
与ASK相比需要更大的带宽。 - PSK
复杂但具有较好的抗干扰能力。
(2)、M-ary调制
多进制调制分为多进制振幅调制、多进制频率调制、多进制相位调制。与二进制相比，多进制调制具有以下特点：
- 在相同的码元传输速率条件下，M-ary调制的信息传输速率是B-ary调制的log2M倍。
- M-ary调制的电路更复杂，输入端需要增加2-M转换器，接收端需要增加M-2转换器。
- M-ary调制需要更高的发射功率。
- 在启动能量消耗较大的系统中，B-ary调制更加有效。
- M-ary调制的误码率通常大于B-ary。
3、扩频通信
待传送的信息被伪随机码调制，实现频谱扩展后再传输。接收端则采用相同的编码进行解调，恢复原始指信息数据。用来传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽。
4、UWB通信技术
UWB通信技术是近年来发展较快的短距离无线通信技术之一。与普通二进制移相键控相比，UWB不利用余弦波进行载波调制而发送许多小于1ns的脉冲，其占用带宽非常之宽。UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能在10m左右的范围内实现数百Mbit/s到数Gbit/s的传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等优势。
三、信道特性
1、传播特性
无线信道效应包括：
- 衰减
随着信号波在空气中传播，信号强度随之衰减。 - 反射与折射
信号从一种介质进入另一种介质时，一部分弹回称为反射，另一部分穿过交界面继续传播，称为折射。 - 衍射
当信号波在陡峭的边缘传播，陡峭边缘形成一个波源。 - 散射
信号波遇到粗糙表面时，它会被散射到各个方向。
2、自由空间
Friis公式表明接收功率和发射功率的关系：
接收天线接收功率：
收发天线之间总损耗：
Pt：发射功率
G1：发射天线增益
G2：接收天线增益
Lfs：自由空间传播损耗
Ls：气候带来的损耗
3、多径传播
电波在传输过程中遇到障碍物，会产生反射、折射、衍射等。因此，到达接收天线的信号可能存在各种波。
4、噪声
噪声通俗来讲就是干扰，会造成信号失真，严重的会使通信无法有效进行。对于噪声通信信道，最简单的数学模型是加性噪声信道。
若果噪声主要由电子元件和接收放大器引入的，则称为热噪声，在统计学上表征为高斯噪声，所以该数学模型称为加性高斯白噪声信道模型。由于该模型可以广泛的应用于许多信道，且数学上易于处理，所以是目前通信系统分析和设计中主要应用的信道模型。信道衰减结合进这个模型，接收到的信号为：
a是衰减因子
四、物理层设计要点
物理层的设计目标是以尽可能少的能量损耗获得较大的链路能量，需要考虑的要点有：
- 结点的成本要求
结点最大限度的集成化设计，减少分立元件是降低成本的主要手段。 - 结点的功耗要求
要求结点的功耗在几个uW，主要从以下两个方面入手：降低收发机电路自身的损耗、调制解调方式的选择 - 通信速率的要求
- 通信频段的选择
当前频段的选择大都集中在433-464MHz、902-928MHz、2.4-2.5GHz的ISM频段。 - 编码调制方式的选择
- 物理帧结构
无线传感器网络物理层相关推荐
- 无线传感器网络知识点
第一章 1.目前最常见的短距离无线通信技术有IrDA/红外,蓝牙.WIFI(802.11标准)和Zigbee技术 2.传感器节点由五部分构成,即能量供应模块.传感器模址.处理器模块.无线通信模块和嵌入 ...
- 【无线传感器网络简明教程】课堂笔记
文章目录: 来源: 一:无线传感器网络及传感器简介 1.无线传感器网络结构 1.1 传感与传感器 1.2 无线传感器网络组网结构 1.2.1WSN之间的通信: IEEE 820.11系列和820.15 ...
- 无线传感器网络：物理层设计
文章目录 Physical Layer Technologies Radio Frequencies Narrow-Band Communication Spread Spectrum DSSS FH ...
- 无线传感器网络 | 期末复习知识点1
为什么80%的码农都做不了架构师?>>> 一.基础知识 1．WSN传输介质有哪些,每种介质特性(传播速度.距离.能耗等) 2．传感器灵敏度.方向性等特征,信号频率与响应度关系. ...
- NUAA无线传感器网络 复习重点整理
鸣谢 授课老师:郝洁老师 个人主页 在cdsn博主:Matts Tian 基础上修改.添加 Matts Tian 体系结构 什么是无线传感器网络? 无线传感器网络(Wireless sensor ne ...
- 无线传感器网络期末复习知识点总结资料
文章目录 一.无线传感器网络概述? 1.什么是传感器网络 2.WSN特点 3.传感器的节点结构 4.无线传感器网络架构 5.无线传感器网络面临的挑战 二.物理层设计 1.工作状态 2.传输介质 3.编 ...
- 物联网与无线传感器网络期末考试复习资料（教材--刘伟荣，何云--电子工业出版社）
无线传感器网络概述 无线传感器网络介绍 1.无线传感器网络是一种特殊的无线通信网络,它是由多个传感器节点通过无线自组织的方式构成的,应用在人么力所不能及的领域,如战场.环境等地方. 2.WSN和Ad ...
- 无线传感器网络技术与应用课后习题部分答案
第一次作业 思考题与习题1 1)简述什么是WSN? 无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的 ...
- 无线传感器网络（期末重点）
文章目录 com1. 无线传感器网络定义 com2. 传感器节点基本组成部分 com3. 无线传感器网络协议栈结构 com4. 无线传感器网络的实际应用举例 com5. WSN物理层工作频段 com6 ...
- 无线传感器网络复习习题集
无线传感器网络复习习题集 1.ZigBee无线可使用的频段有(3)个 我国使用的Zigbee协议的无线频段是(2.4G)Hz ZigBee协议是基于IEEE (802.15.4)标准 ZigBee在2 ...
最新文章
- 选择PMP培训学校需要注意哪些
- 用于EAM的SAP PM移动应用程序
- 【Linux】44.设置ubuntu电脑为简单的密码
- 【收藏】MySQL出现data too long for column ‘name‘ at row 1 解决
- JVM调优：GC标记清除回收算法
- xhprof windows下安装和使用(windows版本)
- 智慧医疗解决方案可以大大减少医疗资源浪费！
- 生成模型和判别模型直接的区别
- java day41【JSP 、MVC开发模式 、EL表达式 、JSTL标签 、三层架构】
- Lightroom Classic 教程，如何在 Lightroom 中减少夜间照片中的噪点？
- webssh docker 镜像制作及其应用
- 武汉大学信息学部到计算机学院,武汉大学信息科学学部
- Android修改源码实现root
- Android打开项目一直build的问题解决
- linux运行docker容器，添加映射端口
- 字节校招面试题分享，别人已经开始面试了，你不会还没有准备吧？
- arthes—线上debug好帮手
- 移动直播明争暗战五年：人性、梦想与资本的碰撞
- rails 通过局域网ip连接访问本地Rails项目
- linux安装mysql8.11_Ubuntu安装MySQL任意版本(18.04亲测)