首页> 正文

超高速毫米波无线传感通信系统

2020-12-11阅读(702)

超高速毫米波无线传感通信系统

论文摘要

基于毫米波技术和光纤传输技术的超高速毫米波无线传感通信系统是无线传感器网络发展的最新模式之一。相比现有的无线传感网络,它能提供更加全面和直观的传感信息,尤其在对系统结构安全监控方面有着重要的应用前景。论文在国家自然基金项目“毫米波光纤无线系统理论与技术”（No.60736003）的资助下,研究了超高速毫米波无线传感通信系统的特性及其实现的具体方式。论文的主要创新性研究工作体现在：（1）基于毫米波Radio over Fiber （RoF）技术,提出了针对超高速信息采集和传递的新型毫米波无线传感通信系统的方案,以达到无缝传输超高吞吐量传感数据的目的。对网络中毫米波传感器节点（Sensor Mote, SM）、簇头（Relay Master, RM）、远端天线单元（Remote Antenna Unit, RAU）、光线路终端（Optical Line Terminal, OLT）、和数据中央控制（Data Central Controller, DCC）等不同类型单元各自的功能进行了详细地研究。特别地,对关键的SM和RM等节点提出了具体的单板设计模型。对各个网络单元之间的混合型通信接口和互联方式进行了重点讨论和分析。对于无线传感网络关键的能量管理问题,在系统设计时引入了Energy Harvesting Mechanism （EHM）,并根据这一点提出了毫米波无线节点内部能量流动和管理模型,从而实现优化无线节点能量效率的目的。（2）建立了非竞争接入机制下的SM和RM的能量消耗数学模型。分别设计了基于TDMA、FDMA/OFDMA和FD-TDMA的毫米波子网多址接入方式,利用仿真分析了所提出的三种多址接入方式的能量消耗情况,验证了FD-TDMA方式是现阶段能同时兼顾成本和能量效率的超高速毫米波无线传感通信系统多址接入技术的最佳选择。在60GHz附近的8.64GHz的频带范围内（ECMA387标准中划分的频带资源）,分别针对1:32（RM:SM）,1：64和1：128的不同网络拓扑,提出了一种具有高能量效率的FD-TDMA毫米波多址接入的具体实现方法,并且利用所提出的能量消耗模型对SM和RM节点的能量消耗、电池寿命情况进行了评估和分析,验证了所提出方案的系统能量效率。（3）分别提出了基于TDMA、FDMA/OFDMA和FD-TDMA多址方式的毫米波子网MAC协议,重点设计了在FD-TDMA多址方式下的一种具有高能量效率的MAC超帧（Superframe）结构以及SM与RM不同工作状态之间转换情况。特别地,在1:4（RM:SM）的情况下,利用系统仿真计算出了SM和RM在三种MAC协议中的能量消耗状况,证明了FD-TDMA在提高系统能量效率和降低实现复杂性等方面的所具有的优势。（4）针对超高速毫米波无线传感通信系统的上、下行传输,分别提出了一种具体的方案并且通过实验进行了可行性验证：在上行传输中,将来自多个SM的高速无线数据利用FDM汇集至RM,经过中继之后到达RAU,再经过光纤传输至OLT,最终到达DCC；在下行传输中,将来自DCC的命令和消息利用60GHz RoF技术传送至每一个光网络和毫米波无线节点。（5）提出了两种低成本的60 GHz RoF系统改进方案并进行了实验验证：①将实施成本较低的塑料光纤做为60GHz RoF信号的传输媒质,同时利用OFDM的多载波方式克服光RoF信号在塑料光纤中的多模色散,实验证明,该方案在不降低信号传输质量的同时减少系统成本；②将两个Free-running连续波只需用Optical Coupler直接合并之后实现简化的毫米波全光上变频,同时在电下变频时采用Reflective Self-mixing方法,省略了Local Oscillator （LO）和Optical Phase Lock Loop （OPLL）等器件,实验证明,该方案能有效减少毫米波系统成本和开销。（6）根据60GHz毫米波的短距离Line of Sight （LOS）传输特性,提出了一种减少OFDM毫米波信号由于插入导频和训练序列而引起传输冗余的方法,并且利用6OGHz OFDM-RoF实验传输平台对比了所提出的其他三种不同的方式,分析了在60GHz频段附近的无线信道的频率选择性衰落曲线。实验证明,在传输同样长度数据时,信号的相位偏移量在60GHz频段附近的积累并不严重。插入的多余导频反而会由于受到随机噪声的干扰,在进行频域均衡补偿时引入更多的失真。（7）提出了两种利用纠错编码增益降低超高速毫米波无线传感通信系统的功率消耗的方案并进行了实验分析：①经过卷积码预编码的16QAM-OFDM数据,在由60GHz RoF实验平台传输同等长度的距离后,毫米波无线信号达到同样BER所需的发射功率更小,这对减少SM和RM无线节点的发射功率,延长节点工作寿命有着十分重要的意义。②利用LDPC码对高速的数据流进行预编码,在经过采用QPSK偏振复用的100G超高速光传输实验平台传输之后,实验评估并分析了LDPC码对降低光发射功率的改善情况。该方案对提高整个超高速毫米波无线传感通信系统的能量效率有着非常现实的意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 无线传感器网络概述
  • 1.1.1 无线传感器网络的特征
  • 1.1.2 无线传感器网络的拓扑特点
  • 1.2 无线传感器网络的现状以及论文的研究意义
  • 1.2.1 无线传感器网络的研究和应用现状
  • 1.2.2 无线传感器网络传输技术的发展现状
  • 1.2.3 论文的研究意义
  • 1.3 论文的主要研究内容
  • 参考文献
  • 第二章 新型的超高速毫米波无线传感通信系统
  • 2.1 超高速毫米波无线传感通信系统的研究背景
  • 2.2 新型的超高速毫米波无线传感通信系统功能特性的分析
  • 2.3 系统所采用的超高速通信方案的可行性分析
  • 2.3.1 毫米波技术的可行性分析
  • 2.3.2 RoF技术的可行性分析
  • 2.4 新型的超高速毫米波无线传感通信系统架构与网络单元设计
  • 2.5 系统全新超高速数据上下行交互方式的研究
  • 2.6 系统新型的光与无线融合型系统通信接口的设计
  • 2.7 一种高能量效率的毫米波无线节点的电源管理模型
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 毫米波子网高能量效率的多址接入技术和MAC协议的设计
  • 3.1 毫米波子网无线节点的能量消耗的数学模型
  • 3.2 毫米波子网多址接入技术的设计
  • 3.2.1 基于TDMA的多址接入方式
  • 3.2.2 基于FDMA/OFDMA的多址接入方式
  • 3.2.3 基于混合型的FD-TDMA多址接入方式
  • 3.3 一种混合型的FD-TDMA多址接入方案的设计
  • 3.3.1 FD-TDMA多址接入和循环帧结构的详细设计
  • 3.3.2 FD-TDMA多址接入方式下的无线节点能量消耗评估与分析
  • 3.4 混合型的毫米波子网的高能量效率MAC协议的设计
  • 3.4.1 一种具有高能量效率的MAC超帧结构
  • 3.4.2 混合型MAC协议中毫米波无线节点的状态转换方式的研究
  • 3.4.3 混合型MAC协议能量效率的仿真评估和分析
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 超高速毫米波无线传感通信系统实用化技术的研究
  • 4.1 超高速毫米波无线传感通信系统传输解决方案的设计
  • 4.1.1 超高速毫米波无线传感通信系统的下行传输方案
  • 4.1.2 超高速毫米波无线传感通信系统的上行传输方案
  • 4.2 新型低成本Radio over Fiber系统实现方法的研究
  • 4.2.1 采用OFDM和塑料光纤实现的低成本RoF传输技术
  • 4.2.2 基于Free-running和Self-Reflective Mixing的低成本RoF传输技术
  • 4.3 降低传输冗余的60GHz OFDM信号训练序列和导频插入方式
  • 4.4 利用纠错编码技术实现降低发射功率和提高传输性能的方法
  • 4.4.1 利用卷积码降低60GHz毫米波无线发射机功率的研究
  • 4.4.2 利用LDPC码降低高速光传输系统中光发射机功率的研究
  • 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 总结
  • 5.1 论文的主要研究成果
  • 5.2 论文研究工作的不足
  • 5.3 下一步拟开展的研究工作
  • 附录缩写说明
  • 致谢
  • 攻读学位期间主要的研究成果

    • 相关论文文献

    • [1].5G无线通信系统的关键技术研究[J]. 中国新通信 2019(22)
    • [2].高速公路机电通信系统新技术研究[J]. 交通世界 2019(35)
    • [3].面向5G无线通信系统的关键技术探讨[J]. 中外企业家 2020(09)
    • [4].现代高速公路机电通信系统新技术分析[J]. 城市建设理论研究(电子版) 2020(01)
    • [5].无线对讲通信系统产业发展瓶颈[J]. 中国科技信息 2020(13)
    • [6].光纤通信技术在民航通信系统中的应用[J]. 中国新通信 2020(11)
    • [7].基于5G移动通信技术的舰船通信系统探讨[J]. 数字通信世界 2020(05)
    • [8].现代高速公路机电通信系统新技术的探讨[J]. 人民交通 2018(10)
    • [9].现代高速公路机电通信系统新技术分析[J]. 数字通信世界 2019(04)
    • [10].现代高速公路机电通信系统新技术探析[J]. 中国市场 2017(36)
    • [11].探讨高速公路机电通信系统新技术[J]. 中国新通信 2017(22)
    • [12].通信系统震害特点及相应对策研究[J]. 山西建筑 2017(19)
    • [13].4G通信系统中OFDM技术的分析[J]. 通讯世界 2017(20)
    • [14].4G通信系统在无线视频传输中的运用[J]. 电脑知识与技术 2017(26)
    • [15].海岛通信系统用电智能管理[J]. 通讯世界 2016(19)
    • [16].通信系统在高速公路收费和监控中的应用[J]. 商业故事 2016(28)
    • [17].浅谈通信系统的基本工作过程[J]. 计算机产品与流通 2019(05)
    • [18].探讨高速公路机电通信系统新技术[J]. 科技资讯 2017(11)
    • [19].民航通信系统预防和查找无线电感染的方法分析[J]. 电子测试 2017(09)
    • [20].通信系统中码间干扰问题的分析与解决策略研究[J]. 黑龙江科技信息 2017(16)
    • [21].关于4G无线通信系统的网络安全问题研究[J]. 中国新通信 2017(10)
    • [22].EPON在城市图象监控通信系统中的应用探讨[J]. 企业技术开发 2017(09)
    • [23].3G无线通信系统在煤矿的应用[J]. 山东工业技术 2016(13)
    • [24].浅析通信系统中的通信方式[J]. 电子制作 2015(04)
    • [25].现代高速公路机电通信系统新技术分析[J]. 交通世界(运输.车辆) 2015(04)
    • [26].Scott的SEMS Ⅱ通信系统[J]. 消防科学与技术 2010(01)
    • [27].民航通信系统预防和查找无线电干扰的方法分析[J]. 中国新通信 2020(02)
    • [28].高空平台通信系统频谱划分综述[J]. 无线电通信技术 2020(05)
    • [29].现代高速公路机电通信系统新技术分析[J]. 数据通信 2019(03)
    • [30].探究面向5G无线通信系统的关键技术[J]. 通讯世界 2019(09)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  

    超高速毫米波无线传感通信系统
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5