[发明专利]无线传感网短波单向通信多模调制解调自适应方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感网短波通信和自适应通信领域，特别涉及一种无线传 感网短波单向通信多模调制解调自适应方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)涉及多学科高度交叉、 知识高度集成的前沿热点研究领域，其综合了传感器技术、嵌人式计算技术、 现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微 型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并将该些 信息通过无线方式予以发送，同时还能以自组多跳的网络方式传送到用户终端， 从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通，因此，传感器网 络具有十分广阔的应用前景，尤其在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、 环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在 的实用价值，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21 世纪产生巨大影响力的技术之一。

无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点(Sink node)两大类。 大量具有无线传输能力的传感节点由电池供电，随机部署在监测区域内，通过 自组织方式构成网络。传感节点将兴趣事件通过节点间多跳方式上传至Sink， 在上传过程中传感数据可能与其他节点进行协同或融合处理，从而达到提高上 传信息熵和降低网络负载的目的。Sink在收集目标区域的信息后通过互联网络 或卫星发送至终端用户或网络数据库。现有无线传感器网络典型的应用示意图 如图1所示。

从应用层面来讲，无线传感器网络作为人类的神经末梢网络，是人与物理 世界之间沟通的网络媒介，具有网络长期无人值守和泛在化的特点。其需求领 域极为广泛，且应用环境和网络业务具有多样化特性，如节点的布设密度、间 距、通信环境、传感器种类、目标事件发生概率、数据流量大小、QoS服务保障 等均存在巨大的差异性。因此，各类无线传感器网络的应用开发必然具有阶梯 式发展的特点，由典型应用到泛在网络逐步建立和完善。

无线传感网的信息传递，大多数情况下为信息的上传，节点以短距多跳形 式向sink节点上传信息，但对双向通信的传感网而言，用户或sink节点处对 节点下发命令或进行其他调度时，即信息下传时，若采用与信息上传相同的机 制，节点间仍需要进行多跳的信息交互，将导致各个节点收到命令的时间不一 致，延缓了命令下达速度，且在信息的传递过程中耗费了传感网节点大量的能 量，影响了网络的生命周期。本专利的系统背景中，由于指控中心和传感探测 节点相距较远，且下达命令信息较短，下行信息传递时，采用短波通信方式， 通过大范围的电波覆盖达到命令的直接传输。本系统中，传感节点由于能量的 限制，无法通过短波进行信息的上传，从而该系统为单向通信系统。

短波通信是指利用波长为100~10m(频率为3~30MHz)的电磁波进行的无线 电通信。短波通信可以利用地波或低电离层反射进行几十公里到几百公里的中 近距离通信，也可以利用中高电离层反射进行数千乃至上万公里的远距离通信， 借助于中继站，短波通信甚至可以进行环球通信。短波电台既可以是大型固定 台，也可以是车载、舰载、机载或背负式移动台，短波通信设备简单，造价低 廉，灵活机动，且信道不易摧毁，因而短波通信多年来被广泛地用于政府、军 事、外交、气象、商业等部门，用来传送语言、文字、图像、数据等信息。

短波传输信道是一个复杂多变的较为恶劣的通信信道，多径效应、衰落、 相位起伏等诸多因素的影响，对短波通信的调制方式选择和信号处理提出了较 高的要求。

在一般环境下，为了保证对误码率的要求，传统短波数据通信系统其传输 速率一直在200b/s以下，信道误码率通常在10^-2~10^-3的数量级。为了达到更高 的数据传输速率，同时误码率不高于10^-4，必须采用特殊的调制技术和处理方式。

TFSK是一种组合调制，它是在频移健控(FSK)和时移键控(TSK)的基础 上发展起来的。它是并行调制方式中的一种，通过将串行的高速数据转换为在 不同频率上传送的低速并行数据来减少码间干扰的影响，达到高速传输的目的。 由于在频率上分开，可以达到频率分集的效果，且由于针对不同码字有不同的 编码方式，具有一定的纠错功能。采用频率分集和并行调制方法，具有较好的 抗衰落能力，在恶劣的信道环境下也能良好通信，但传输速率较低。