專利名稱：一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于多載波傳輸體制的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的傳輸節(jié)點，尤其涉及其中的信道 補償裝置。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，具有感知能力、 計算能力和通信能力的無線傳感器節(jié)點開始出現(xiàn)，并且引起了人們的極大關(guān)注。這種無線傳 感器節(jié)點構(gòu)成無線傳感網(wǎng)能夠協(xié)調(diào)地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對 象信息，并發(fā)布給需要這些信息的用戶。無線傳感網(wǎng)將邏輯上的信息世界與真實的物理世界 融合在一起，深刻地改變了人與自然的交互方式；可以廣泛地應(yīng)用于軍事、工農(nóng)業(yè)控制、生 物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等諸多領(lǐng)域。
目前,傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個重要方面是在能量嚴重受限的微型節(jié)點上如何實現(xiàn)簡單的環(huán) 境數(shù)據(jù)(如溫度、濕度、光強等)采集、傳輸與處理。然而，隨著監(jiān)測環(huán)境的日趨復(fù)雜多變，由 這些傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)所獲取的簡單數(shù)據(jù)愈加不能滿足人們對環(huán)境監(jiān)測的全面需求，迫切需要 將信息量豐富的圖像、音頻、視頻等媒體引入到以傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的環(huán)境監(jiān)測活動中來， 實現(xiàn)細粒度、精準信息的環(huán)境監(jiān)測。這樣就要求每個節(jié)點能夠在有限的頻譜資源上傳輸豐富 多彩的內(nèi)容。
在大多數(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，每個傳感器節(jié)點都是單天線且單節(jié)點獨立工作。每 個節(jié)點的發(fā)射裝置包括一個擾碼器， 一個比特映射器， 一個子載波映射器， 一個多載波調(diào)制 器， 一個限幅器和射頻調(diào)制器，見圖l。圖中的擾碼器由一個乘法器和一個偽隨機序列發(fā)生器 組成。乘法器將輸入序列與偽隨機序列相乘，實現(xiàn)對輸入序列的擾碼操作，破壞輸入的數(shù)據(jù) 流中相鄰數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，從而降低多載波調(diào)制信號的峰均比。比特映射器根據(jù)調(diào)制的星 座圖對比特序列進行映射，得到最終的調(diào)制符號。子載波映射器將調(diào)制符號和導(dǎo)頻符號按預(yù) 先設(shè)定的方式映射到部分有用的子載波上。多載波調(diào)制器由IFFT變換來實現(xiàn)，把經(jīng)過子載波 映射后的數(shù)據(jù)調(diào)制到其相對應(yīng)的子載波上。限幅器包括兩個CORDIC裝置， 一個峰值截取裝 置， 一個低通濾波裝置和一個減法器，采用峰值截取的方式，將峰值超過門限的部分截下， 并對其進行低通濾波，送入減法器中隊原始信號進行壓縮，以減小輸出信號的峰均比，提高
射頻部分的能量效率。射頻調(diào)制器由一個本振發(fā)生器， 一個移相器， 一個同相調(diào)制器， 一個 正交調(diào)制器和一個合路器。本振發(fā)生器提供無線傳輸?shù)谋菊裥盘?，本振發(fā)生器產(chǎn)生的本振信 號一路直接輸入同相調(diào)制器，另一路送入移相器。移相器對輸入的本振信號進行9(f移相，得 到與原本振信號正交的一個本振信號，并送入正交調(diào)制器。同相調(diào)制器將I路輸出的信號調(diào)制
到本振信號上。正交調(diào)制器將Q路輸出的信號調(diào)制到正交的本振信號上。合路器將兩個調(diào)制
器的輸出合為一路。
上面所述的發(fā)射裝置應(yīng)用的無線環(huán)境中，不可避免的會存在多徑干擾，即信道是頻率選 擇性的，這樣就有可能存在某些子載波的衰落嚴重而另一些子載波衰落較小，體現(xiàn)在接收端 接收到的信號上就是某些子載波的信噪比較高，能支持更高階的調(diào)制方式，而另一些子載波 上的信噪比較低，以至于無法正確解調(diào)。顯然，在能量受限的無線傳感網(wǎng)中這種傳輸方式的 能效不是最佳的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇 裝置，它能夠針對發(fā)射節(jié)點與接收節(jié)點的信道響應(yīng)，自適應(yīng)的為每個子載波選擇最佳的調(diào)制 方式和能量分配，以實現(xiàn)最大的能量效率。
本發(fā)明要解決的現(xiàn)有無線傳感網(wǎng)中傳感器節(jié)點間傳輸能效不是佳的問題。
為了達到上述目的，本發(fā)明的應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選
擇裝置至少包括 一個存儲器， 一個調(diào)制方式選擇器和一個子載波能量分配器。
所述的存儲器由兩個RAM組成，存儲空間與系統(tǒng)的子載波數(shù)相同，用于存放信道響應(yīng)的
實部和虛部。
所述的調(diào)制方式選擇器由一個模值計算器，若干個比較器和門限值寄存器， 一個取反器 組成，模值計算器計算信道響應(yīng)的幅度，比較器將信道響應(yīng)的幅度和門限值作比較，以確定 當前信道響應(yīng)幅度等級，取反器對比較的結(jié)果進行變換，得到系統(tǒng)其它模塊可識別的調(diào)制方 式代碼。
所述的子載波能量分配器根據(jù)每個子載波上的信道響應(yīng)幅度和選擇的調(diào)制方式進行能量 分配，由模值計算器、參考值存儲器，除法器，寫地址產(chǎn)生器，能量分配系數(shù)存儲器，讀地 址產(chǎn)生器，第一乘法器，第二乘法器組成。模值計算器用于計算各個子載波上的信道響應(yīng)的
幅度；參考值存儲器為各種調(diào)制方式保存了一個在信道沒有衰落時接收端能正確解調(diào)所需的 幅度值；除法器計算各個子載波在所選擇的調(diào)制方式和當前信道衰落下，接收端能正確解調(diào)
所需的幅度值；寫地址產(chǎn)生器按照子載波映射的方式，從低到高依次產(chǎn)生子載波序號作為寫 能量分配系數(shù)存儲器的地址，引導(dǎo)能量分配系數(shù)寫入到能量分配系數(shù)存儲器中；能量分配系 數(shù)存儲器用于存放為各個子載波分配的系數(shù)；讀地址產(chǎn)生器按照子載波映射的方式從低到高 依次產(chǎn)生子載波序號作為讀能量分配系數(shù)存儲器的地址，同時產(chǎn)生相應(yīng)的讀使能信號，從能 量分配系數(shù)存儲器的指定存儲單元中讀出能量分配系數(shù)；第一乘法器和第二乘法器分別將能 量分配系數(shù)與I和Q路符號進行相乘，調(diào)整I和Q路符號的幅度。
綜上所述，本發(fā)明的應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇裝置能 夠自適應(yīng)的根據(jù)各個子載波上的信道衰落情況來選擇合適的調(diào)制方式和能量分配，使傳感器 節(jié)點獲得最大的能量效率。


圖1為現(xiàn)有的單載波調(diào)制裝置結(jié)構(gòu)圖。 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本發(fā)明的調(diào)制方式選擇器結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本發(fā)明的子載波能量分配器結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明的應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇裝置至少包括一 個存儲器， 一個調(diào)制方式選擇器和一個子載波能量分配器。
所述的存儲器由兩個RAM組成，RAM的存儲空間與發(fā)射裝置總的子載波數(shù)相同，兩個 RAM分別用于存放信道響應(yīng)的實部和虛部。信道響應(yīng)可由傳感器節(jié)點接收鏈路中的信道估計 裝置來估計，技術(shù)人員可以參看相關(guān)的技術(shù)資料和專利。
所述的調(diào)制方式選擇器由一個模值計算器，若干個比較器和門限寄存器， 一個取反器組 成。其中比較器和門限寄存器的數(shù)目由所支持的調(diào)制方式的數(shù)目決定。本實施例中以BPSK、 QPSK和16QAM三種調(diào)制方式為例，這樣比較器和門限寄存器都需要兩個。第一門限寄存器 和第二門限寄存器分別用于存放16QAM和QPSK調(diào)制方式的門限，門限值可以在實際布設(shè)時 根據(jù)現(xiàn)場情況確定。模值計算器與存儲器相連，將存儲中讀出的信道響應(yīng)的實部和虛部進行 取模計算，得到每個子載波上信道響應(yīng)的模值。第一比較器與第一門限寄存器和模值計算器
的輸出相連，將當前子載波上信道響應(yīng)的模值與16QAM門限進行對比，判斷當前模值是否超 過16QAM門限；第二比較器與第二門限寄存器和模值計算器的輸出相連，將當前子載波上信 道響應(yīng)的模值與QPSK門限進行對比，判斷當前模值是否超過QPSK門限。取反器對第二比 較器的輸出取反后輸出。第一比較器，第二比較器和取反器的輸出共同組成一個三比特的輸 出數(shù)據(jù)，作為調(diào)制方式的指示信號，第一位為1時表示選擇BPSK調(diào)制，第二位為1時表示 選擇QPSK，第三位為1時表示選擇16QAM。比特映射器根據(jù)指示信號動態(tài)的調(diào)整截取比特 序列的位數(shù)，并映射到星座點上。
所述的子載波能量分配器由模值計算器、參考值存儲器，除法器，寫地址產(chǎn)生器，能量 分配系數(shù)存儲器，讀地址產(chǎn)生器，第一乘法器，第二乘法器組成。其中參考值存儲器用于存 放針對各種調(diào)制方式在信道沒有衰落時接收端能正確解調(diào)所需的幅度值，存儲器的存儲單元 數(shù)目由系統(tǒng)支持的調(diào)制方式數(shù)目決定，幅度值需要在實際布設(shè)時根據(jù)現(xiàn)場情況確定。模值計 算器與存儲器相連，將存儲中讀出的信道響應(yīng)的實部和虛部進行取模計算，得到每個子載波 上信道響應(yīng)的模值。除法器與參考值存儲器和模值計算器的輸出相連，將參考值存儲器的輸 出與信道響應(yīng)的模值相除，計算出當前子載波在所選擇的調(diào)制方式和信道衰落下，接收端能 正確解調(diào)所需的幅度值。寫地址產(chǎn)生器按照子載波映射的方式，從低到高依次產(chǎn)生子載波序 號作為寫能量分配系數(shù)存儲器的地址，引導(dǎo)能量分配系數(shù)寫入到能量分配系數(shù)存儲器中。能 量分配系數(shù)存儲器是個存儲空間與系統(tǒng)的子載波數(shù)相同的RAM，其寫數(shù)據(jù)端口與除法器的輸 出相連，寫地址端口與寫地址產(chǎn)生器輸出相連，讀地址端口與讀地址產(chǎn)生器的輸出相連，其 每個存儲單元與每個子載波相對應(yīng)，用于存放每個子載波的能量分配系數(shù)。讀地址產(chǎn)生器按 照子載波映射的方式從低到高依次產(chǎn)生子載波序號作為讀能量分配系數(shù)存儲器的地址，同時 產(chǎn)生相應(yīng)的讀使能信號，從能量分配系數(shù)存儲器的指定存儲單元中讀出能量分配系數(shù)。第一 乘法器與能量分配系數(shù)存儲器的輸出和I路符號輸入相連，將能量分配系數(shù)與I路符號進行相 乘，調(diào)整I路符號的幅度。第二乘法器與能量分配系數(shù)存儲器的輸出和Q路符號輸入相連， 將能量分配系數(shù)與Q路符號進行相乘，調(diào)整Q路符號的幅度。
綜上所述，本發(fā)明的應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇裝置能 夠自適應(yīng)的根據(jù)各個子載波上的信道衰落情況來選擇合適的調(diào)制方式。當信道衰落較嚴重時， 則選用低階的調(diào)制方式，如BPSK和QPSK;當信道衰落較小時，則選用高階的調(diào)制方式，如 16QAM。同時根據(jù)信道衰落情況和選擇的調(diào)制方式來調(diào)整各個子載波上的能量分配，使接收 端接收到的各個子載波上信號都能被正確解調(diào)，且信噪比沒有過多的冗余，從而使傳感器節(jié)
點獲得最大的能量效率。
上面本發(fā)明討論到的圖2到圖3、以及用來說明本發(fā)明原理的各種實施例，僅通過說明的 方式說明具體的實施方式，在任何方式下不應(yīng)該被視為對本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將理解，可在任何適當布設(shè)的無線傳感網(wǎng)簇頭節(jié)點中實現(xiàn)本發(fā)明的原理。
權(quán)利要求
1. 一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇裝置，其特征在于該裝置包括存儲器，用于存放信道響應(yīng)的實部和虛部；調(diào)制方式選擇器，將信道響應(yīng)的幅度和門限值作比較，為每個子載波選擇最佳的調(diào)制方式；子載波能量分配器，根據(jù)信道響應(yīng)幅度和所選擇的調(diào)制方式為各個子載波上分配能量。
2.如權(quán)力要求1所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇裝置，其特征在于所述的存儲器由兩個RAM組成，分別用于存放信道響應(yīng)的實部和虛部。
3.如權(quán)力要求1所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇裝置，其特征在于所述的調(diào)制方式選擇器由一個模值計算器，若干個比較器和門限值寄存器，一個取反器組成。
4. 如權(quán)力要求3所述的調(diào)制方式選擇器，其特征在于所述的比較器和門限值寄存器的數(shù)目由支持的調(diào)制方式數(shù)目決定，門限值寄存器分別用于存放各種調(diào)制方式對應(yīng)的門限，而對于最低階的BPSK調(diào)制則沒有對應(yīng)的門限值。
5. 如權(quán)力要求1所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選 擇裝置，其特征在于所述的子載波能量分配器由模值計算器，參考值存儲器，除法器，寫地 址產(chǎn)生器，能量分配系數(shù)存儲器，讀地址產(chǎn)生器，第一乘法器，第二乘法器組成。
6. 如權(quán)力要求5所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選 擇裝置，其特征在于所述的參考值存儲器用于存放各種調(diào)制方式在信道沒有衰落時接收端能 正確解調(diào)所需的幅度值，其存儲單元的數(shù)目與系統(tǒng)支持的調(diào)制方式數(shù)目相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)的自適應(yīng)多載波能量分配和調(diào)制方式選擇裝置，至少包括一個存儲器，一個調(diào)制方式選擇器和一個子載波能量分配器。本發(fā)明能夠自適應(yīng)的根據(jù)各個子載波上的信道衰落情況來選擇合適的調(diào)制方式。當信道衰落較嚴重時，則選用低階的調(diào)制方式，如BPSK和QPSK；當信道衰落較小時，則選用高階的調(diào)制方式，如16QAM。同時根據(jù)信道衰落情況和選擇的調(diào)制方式來調(diào)整各個子載波上的能量分配，使接收端接收到的各個子載波上信號都能被正確解調(diào)，且信噪比沒有過多的冗余，從而使傳感器節(jié)點獲得最大的能量效率。
文檔編號H04L27/38GK101394393SQ20081005997
公開日2009年3月25日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者萬溢萍, 劉海濤, 華 姜, 建 姜, 施玉松, 晨 陳 申請人:中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心