[发明专利]利用瞬态峰值能量的猝发通信系统

说明书

技术领域

本发明属于数字通信和无线传感器网络技术领域，具体的涉及一种利用接收信号在建立过程中的瞬态峰值能量传输短数据或小数据包的极高速猝发通信方法。

背景技术

1、传感网与猝发通信

无线传感器网络(WSN：Wireless Sensor Network)是物联网的重要支撑，通常是由大量在空间上分布的自动装置以自组织形式构成的多跳数据通信网络，借以将监测数据传送到接收中心进行处理。WSN的节点除配备一个或多个传感器外，还装备了无线电收发信机和微控制器，尺寸和成本取决于WSN的规模及单个传感器节点的复杂度。通常这种WSN节点要靠微型电池来供电，其存活时间主要受限于电池的寿命，故节能对于延长WSN节点的使用寿命至关重要，也更符合当今追求节能减排、绿色环保的发展要求。

由于无线电发射机是WSN节点中耗能的主要模块，故千方百计地缩短发射机的工作时间，可以有效地延长WSN节点的工作时限，并减少对于其它WSN节点和整个传感网络的干扰，从而提高整个无线传感器网络的容量。因此，WSN希望各节点能够在尽可能短的“猝发”时段内完成数据的传输。

另外，有专家在分析了国外高频(HF)频段的侦察、干扰技术对抗干扰通信的影响后指出：窄带信号长度小于50ms就不易被截获，小于110ms就不易被定向/定位。而对甚高频/超高频(VHF/UHF)频段，信号长度还应更短。因此，抗干扰、抗截获的猝发通信最好在10ms量级内完成信息传输，这自然希望或要求在通信信号的持续瞬间有尽可能高效的调制/传输效率。

2、简化的扩展二元相移键控调制

1)频谱利用率与能量利用率

高速增长的宽带无线业务需求对无线通信提出了越来越高的要求，直接导致了空中的无线电频率越来越拥挤，最大限度地压缩无线传输频谱具有重要的实际意义和直接的经济效益。数字通信系统的频谱利用率，可用单位频带内能够传输的数码率(以bps/Hz表示，但严格地说，应该是扣除信道编码后的信息速率或“净”码率)来考核，主要取决于把二进制数据码流调制成发送频段模拟载波时所占的频带宽度。

无线通信系统的能量利用率，可直接用为达到所需技术指标或为完成给定任务功能所需的发射功率(W)来度量。但由于天线会引入额外的增益(无论是发射天线还是接收天线)且随天线的种类和形式而不同，故以接收信噪比(SNR)来考核更为合理与直接。

2)综合效率指标

频谱利用率和能量利用率是任何通信体制部必须面对的基本指标，但受经典的信道容量制约，二者难以两全，因此可用bps/Hz/SNR作为综合指标来更客观、更全面地评估。条件当然应该是在相同的信道条件、同样的误码率和相等的净码率下来比较。其内涵恰似追求“在单车道(带宽受限)开快车(传高码率)且尽量省油(节约发射功率)”。对于由大量传感器节点自组织而成的无线传感器网络，更是如此。因为不难想象，无论多么卓越的“交通规则”(组网协议)，也很难把一群低速费油的“老爷车”(码速低且能耗高的)组织成高效长寿的交通运输系统(传感器网络)。

现有WSN节点的通信物理层，采用传统的伪随机序列直接扩频(DSSS)和经典的BPSK/QPSK(二进制/四进制相移键控)调制，尽管技术上早已成熟，理论上功率效率最高，但由于频谱效率低下，因而在同样的频谱带宽内数据速率低，用于WSN这种需要短数据较频繁突发性传输的场合，就会导致通信“握手”慢(至少需30ms)、数据传输慢(只有250kbps)、且系统容量低(每个接入点所能接纳的WSN节点数远低于协议标称值)，这就需要节点的发射机和接收机更长时间地开机，由此反而导致了能耗增加，因为在WSN节点各功能模块中，发射机是耗能的“大户”。

3)扩展的二元相移键控调制

在发明专利“统一的二元正交偏移键控调制和解调方法”(专利号：ZL200710025203.6)中，定义了一类扩展的二元相移键控(EBPSK：Extended Binary Phase Shift Keying)调制：

s₀(t)＝Asinω_ct，0≤t＜T