[发明专利]用于分布式无线电通信网络的方法和系统

说明书

相关申请

本申请要求2012年11月30日提交的标题为“METHODS AND SYSTEMS FOR A DISTRIBUTED RADIO COMMUNICATIONS NETWORK”的美国专利申请号13/690,602的利益和优先权，该专利申请为了所有目的通过引用被全部并入本文。

技术领域

本公开一般地涉及用于数据的分布式收集的方法和系统。特别是，本公开涉及用于分布式无线电通信网络的方法和系统。

背景技术

常规的数据收集网络(例如无线传感器网络(WSN))提供使用传感器节点的分布式监测，传感器节点一般目的在于低成本和/或低功率。这样的网络的地理范围可能是有限的，且某些网络可能在多个节点上(例如在网状配置中)使用多跳传输。由于不能使用的节点和/或低信噪比的无线电，一些数据收集系统有时面临网络损害。由于被部署来支持网络的节点的数量、搜集或处理数据的专用硬件和/或这些远程节点的维护/升级，某些常规数据收集网络也面临增加的成本。在包括农业、天气预报、灾难管理和本国安全的多个行业中，在广阔的区域上的环境数据的实时收集是关键促进因素。然而，包括网状网络、蜂窝和卫星的现有无线技术对于普遍的监测应用没有这样的范围或是成本过高的。

发明内容

在各个方面中，本申请涉及用于分布式无线电通信网络的方法和系统。这样的网络可包括普遍的无线传感器网络或机器对机器(M2M)网络。可使用软件定义无线电(SDR)来实现分布式无线电通信网络的某些实施方式。SDR可以以软件实现通常由硬件提供的功能(例如混合、滤波、放大、调制/解调、检测和编码)。射频(RF)信号可经由模数(A/D)和数模(D/A)转换器与数字域来回转换。通过使用SDR，由天线接收的RF信号可在由A/D转换器采样之前被滤波和/或放大。执行软件应用的处理器可处理来自A/D转换器的样本并可重构所传输的信息。相反的过程可采用将被传输的信息，并可构造应用于D/A转换器的所传输的波形的样本。D/A转换器的输出可接着在应用于天线之前被滤波和放大。数字或模拟频率转换步骤可用于在样本和期望操作频率之间来回转换。在一些无线电通信应用中，在与天线和/或RF电子器件遥远的特定位置处执行一些或所有接收机功能可能是期望的。这可出现在一些接收功能的复杂性需要昂贵的处理系统(例如MIMO/MISO/SIMO应用)时。不是在接收机处执行这些功能，相反，收集RF信息的样本并将它们经由网络发送到中央位置可能是有利的，例如SDR处理功能可位于该中央位置处和/或可在多个无线电装置/天线当中被共享。

在一些方面中且如本文公开的，某些SDR特征可集中在或选择性地被指派到和/或被委派到分布式无线电通信网络中操作的特定设备。在某些实施方式中，对特定SDR功能的更新可指向寄载SDR功能的中央设备(或多个设备)，而不是经由网络被分发到不同的位置。这样的更新可通过网络且在一些情况下无线地被传输。与专用硬件或在每个节点处的全特征化SDR的安装比较，这样的SDR配置可允许例如更可管理的维护和更新。本公开也描述了处理损害(例如与电离层传播相关的多普勒和多径)的系统和方法，并可通过组合在多个位置处接收的数据来提高通信链路裕度。

在一个方面中，本公开描述了用于提供分布式无线电通信网络以实现无线传感器网络(WSN)的系统，其中传感器节点可包括低成本传输和接收电子器件和小的低效天线。节点可配备有测量环境的某个方面(例如温度、湿度或其它天气条件、在例如河或溪中的水数量或质量、或土壤或其它地质成分的特征例如温度、湿气含量、盐度或其它参数)的各种传感器。如所述的分布式无线电通信网络可通过以协作的方式使用多个天线来从节点接收节点传输，节点的传输可能不能由单个天线和单个接收机检测。以类似的方式，可在使用来自任一个网关天线的低功率传输时使用来自多个网关天线的非常低功率的信号将传输从网络发送到节点。在另一方面中，本公开描述了分布式无线电通信网络的方法，其中节点传输利用低于30MHz的频率，其中地波和电离层传播都可出现。电离层传播可涉及近垂直入射(NVIS)天波或长路径天波模式。通过使用分布式天线的网络，节点传输可出现，并可由于网关天线的分布式性质而通过一个或多个节点同时被接收，网关天线可位于离便于特定的传播模式的传输节点的不同距离处。