專利名稱：一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置的制作方法
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(diǎn)，尤其涉及其中的信道 補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和閂益成熟，具有感知能力、 計(jì)算能力和通信能力的無線傳感器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(cè)對(duì) 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(shí)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(cè)等諸多領(lǐng)域。目前，傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個(gè)重要方面是在能量嚴(yán)重受限的微型節(jié)點(diǎn)上如何實(shí)現(xiàn)簡單的 環(huán)境數(shù)據(jù)(如溫度、濕度、光強(qiáng)等)采集、傳輸與處理。然而，隨著監(jiān)測(cè)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(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)活動(dòng)中來， 實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度、精準(zhǔn)信息的環(huán)境監(jiān)測(cè)。這樣就要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(jì)中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都是單天線且單節(jié)點(diǎn)獨(dú)立工作。每 個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射裝置包括一個(gè)擾碼器， 一個(gè)比特映射器， 一個(gè)子載波映射器， 一個(gè)多載波調(diào)制 器，一個(gè)限幅器和射頻調(diào)制器，如圖1所示。其中，擾碼器由一個(gè)乘法器和一個(gè)偽隨機(jī)序列發(fā)生器組成。乘法器將輸入序列與偽隨機(jī) 序列相乘，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)的峰均比。比特映射器根據(jù)調(diào)制的星座圖對(duì)比特序列進(jìn)行映射，得到最 終的調(diào)制符號(hào)。子載波映射器將調(diào)制符號(hào)和導(dǎo)頻符號(hào)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(shí)現(xiàn)，把經(jīng)過子載波映射后的數(shù)據(jù)調(diào)制到其相對(duì)應(yīng)的子 載波上。限幅器包括兩個(gè)CORDIC裝置， 一個(gè)峰值截取裝置， 一個(gè)低通濾波裝置和一個(gè)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(duì)其進(jìn)行低通濾波，送入減法器 中隊(duì)原始信號(hào)進(jìn)行壓縮，以減小輸出信號(hào)的峰均比，提高射頻部分的能量效率。射頻調(diào)制器由一個(gè)本振發(fā)生器， 一個(gè)移相器， 一個(gè)同相調(diào)制器， 一個(gè)正交調(diào)制器和一個(gè)合路器。本振發(fā) 生器提供無線傳輸?shù)谋菊裥盘?hào)，本振發(fā)生器產(chǎn)生的本振信號(hào)一路直接輸入同相調(diào)制器，另一 路送入移相器。移相器對(duì)輸入的本振信號(hào)進(jìn)行90。移相，得到與原本振信號(hào)正交的一個(gè)本振信 號(hào)，并送入正交調(diào)制器。同相調(diào)制器將I路輸出的信號(hào)調(diào)制到本振信號(hào)上。正交調(diào)制器將Q 路輸出的信號(hào)調(diào)制到正交的本振信號(hào)上。合路器將兩個(gè)調(diào)制器的輸出合為一路。上面所述的發(fā)射裝置輸出的信號(hào)在無線信道中傳輸時(shí)，無線信道會(huì)對(duì)其幅度和相位引入 畸變，接收端需要復(fù)雜的通過信道估計(jì)和均衡才能恢復(fù)出原始的信號(hào)。所以現(xiàn)有無線傳感網(wǎng) 中的傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高和系統(tǒng)能耗大。而作為傳感器節(jié)點(diǎn)受尺寸，體積，成本和能量 的限制，需要傳感器節(jié)點(diǎn)盡可能的簡單，以使得傳感器節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行復(fù)雜的信道估計(jì)和均 衡即可得到無畸變的發(fā)射數(shù)據(jù)，降低傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和功耗。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)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，在尺寸、體積、 成本和能量限制相對(duì)不嚴(yán)格的簇頭節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用，以補(bǔ)償信道對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)造成的影響。本發(fā)明要解決的現(xiàn)在無線傳感網(wǎng)中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)中需設(shè)置復(fù)雜的信道估計(jì)和均衡器而 增加傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和功耗的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置至少包括一 個(gè)信道估計(jì)器， 一個(gè)信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器和一個(gè)信號(hào)預(yù)失真器。所述的信道估計(jì)器根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)上發(fā)的信號(hào)中的導(dǎo)頻符號(hào)對(duì)各個(gè)子載波上的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，由一個(gè)導(dǎo)頻子載波提取器， 一個(gè)LS信道估計(jì)器和一個(gè)內(nèi)插器組成。導(dǎo)頻子載波提取器根據(jù)當(dāng)前的子載波序號(hào)，判斷當(dāng)前子載波是否導(dǎo)頻子載波，并給出一個(gè)導(dǎo)頻子載波指示信號(hào)，若是則輸出高電平，若否則輸出低電平。LS信道估計(jì)器則根據(jù)LS算法，將接收到的 導(dǎo)頻符號(hào)與預(yù)知的導(dǎo)頻符號(hào)相除，得到信道估計(jì)。內(nèi)插器則根據(jù)一階插值算法對(duì)數(shù)據(jù)子載波 上的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)。所述的信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器根據(jù)信道估計(jì)器估計(jì)的各個(gè)子載波上的信道響應(yīng)根據(jù)式^=& ^|2計(jì)算出各個(gè)子載波上的信道補(bǔ)償系數(shù)，其中A:是子載波序號(hào)，4是第A個(gè)子載波 上的信道響應(yīng)。在多載波傳輸方式中，各個(gè)子載波之間是相互獨(dú)立的，因此我們?cè)谶@里對(duì)各 個(gè)子載波單獨(dú)進(jìn)行信道補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算是可行的。所述的信號(hào)預(yù)失真器根據(jù)信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器計(jì)算出的各個(gè)子載波上的信道補(bǔ)償系數(shù)，對(duì)各個(gè)子載波上傳輸?shù)姆?hào)進(jìn)行預(yù)失真，以補(bǔ)償信道對(duì)符號(hào)造成的畸變。綜上所述，在無線傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用本裝置，簇頭節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)上行 發(fā)射的數(shù)據(jù)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)與簇頭之間的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)出的信道響應(yīng)計(jì)算出 相應(yīng)的補(bǔ)償矢量，對(duì)各個(gè)子載波上發(fā)射的符號(hào)的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)信道衰落的影響 進(jìn)行補(bǔ)償，使得傳感器節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行復(fù)雜的信道估計(jì)和均衡即可得到無畸變的發(fā)射數(shù)據(jù)， 降低傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和系統(tǒng)能耗。


圖1為現(xiàn)有的多載波調(diào)制裝置。圖2是無線傳感網(wǎng)典型應(yīng)用場景示例圖。圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明信道估計(jì)器結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明信號(hào)預(yù)失真器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)的典型應(yīng)用場景請(qǐng)參見圖2。在該網(wǎng)絡(luò)中，有一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集 各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所感知的信息并向上層網(wǎng)絡(luò)傳輸，因此簇頭節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的功能，相應(yīng)簇頭 節(jié)點(diǎn)的尺寸、成本和功耗的限制相對(duì)較寬松。網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)布設(shè)的若干傳感器節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)感知 周圍的事件，并向簇頭節(jié)點(diǎn)傳輸。這里的傳感器節(jié)點(diǎn)需要體積盡可能小，成本盡可能低，以 實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的隨機(jī)布設(shè)，與此同時(shí)為了使網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間盡可能長，需要傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗 盡可能低。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)與簇頭節(jié)點(diǎn)的通信是通過TDD方式實(shí)現(xiàn)雙向通信的，因此 簇頭節(jié)點(diǎn)可以通過傳感器節(jié)點(diǎn)上行的信號(hào)來對(duì)信道衰落系數(shù)進(jìn)行估計(jì)。本發(fā)明的應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置至少包括信道估計(jì)器，信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器和信號(hào)預(yù)失真器。所述的信道估計(jì)器請(qǐng)參見圖4，它包括導(dǎo)頻子載波提取器，LS信道估計(jì)器和內(nèi)插器。 所述的導(dǎo)頻子載波提取器與子載波提取器相連，由一個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)比較器組成，計(jì)數(shù)器用于計(jì)算當(dāng)前輸入的符號(hào)對(duì)應(yīng)的子載波序號(hào)；比較器用于將計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的子載波序號(hào)與導(dǎo)頻子載波序號(hào)進(jìn)行比較，比較結(jié)果作為導(dǎo)頻子載波指示信號(hào)輸出。所述的LS信道估計(jì)器與導(dǎo)頻子載波提取器相連，由一個(gè)導(dǎo)頻符號(hào)存儲(chǔ)器和一個(gè)復(fù)數(shù)除法 器組成。導(dǎo)頻符號(hào)存儲(chǔ)器由導(dǎo)頻子載波提取裝置給出的導(dǎo)頻子載波指示信號(hào)控制，當(dāng)導(dǎo)頻子 載波指示信號(hào)為高電平時(shí)則按次序輸出存儲(chǔ)的導(dǎo)頻符號(hào)。復(fù)數(shù)除法器與導(dǎo)頻符號(hào)存儲(chǔ)器和導(dǎo) 頻子載波提取裝置相連，由導(dǎo)頻子載波提取裝置給出的導(dǎo)頻子載波指示信號(hào)來控制其工作狀 態(tài)，當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)，復(fù)數(shù)除法器將輸入的導(dǎo)頻子載波解調(diào)出的符號(hào)與導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行相除， 得到當(dāng)前子載波上信道響應(yīng)的估計(jì)結(jié)果。所述的內(nèi)插器與LS信道估計(jì)器相連，根據(jù)當(dāng)前子載波臨近的兩個(gè)導(dǎo)頻子載波上的估計(jì)結(jié) 果作為基準(zhǔn)，以當(dāng)前子載波與兩個(gè)導(dǎo)頻子載波之間的距離采用一階線性插值算法對(duì)數(shù)據(jù)子載 波上的信道響應(yīng)進(jìn)行插值估計(jì)。插值表達(dá)式可以表示為/2 = / 1*6 /￡> + /22*00-力/D，其中、^分別是數(shù)據(jù)子載波左邊和右邊的導(dǎo)頻子載波上的信道響應(yīng)，"為數(shù)據(jù)子載波與左邊的導(dǎo)頻子載波之間的子載波間隔，"為兩個(gè)導(dǎo)頻子載波之間的子載波間隔。所述的信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器參見圖5。它與信道估計(jì)器相連，包括第一平方器，第二平方 器，加法器，取反器，第一除法器，第二除法器，寫地址產(chǎn)生器。第一平方器和第二平方器 分別與估計(jì)器輸出的信道響應(yīng)的實(shí)部和虛部相連，對(duì)實(shí)部和虛部分別進(jìn)行平方，加法器與第 一平分器和第二平方器的輸出相連，將兩個(gè)平分器的輸出相加，計(jì)算出信道響應(yīng)的模平方。 取反器與信道響應(yīng)虛部相連，對(duì)信道響應(yīng)求共軛；第一除法器與信道響應(yīng)的實(shí)部和加法器的 輸出相連，求出信道補(bǔ)償系數(shù)的實(shí)部；第二除法器與取反器和加發(fā)器的輸出相連，求出信道 補(bǔ)償系數(shù)的虛部。寫地址產(chǎn)生器從低到高依次產(chǎn)生信道補(bǔ)償系數(shù)的寫存儲(chǔ)器地址。所述的信號(hào)預(yù)失真器參見圖3和圖5。它與子載波映射器和信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器相連，處 理結(jié)果輸入多載波調(diào)制器中。信號(hào)預(yù)失真器包括實(shí)部存儲(chǔ)器，虛部存儲(chǔ)器，讀地址產(chǎn)生器和 復(fù)數(shù)乘法器。其中，實(shí)部存儲(chǔ)器和虛部存儲(chǔ)器是兩個(gè)存儲(chǔ)空間與系統(tǒng)的子載波數(shù)相同的RAM， 其寫數(shù)據(jù)端口分別與信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器的實(shí)部和虛部輸出相連，寫地址端口與信道補(bǔ)償矢 量計(jì)算器的地址輸出相連，讀地址端口與讀地址產(chǎn)生器的輸出相連，其每個(gè)存儲(chǔ)單元與每個(gè) 子載波相對(duì)應(yīng)。讀地址產(chǎn)生器根據(jù)信道補(bǔ)償系數(shù)與子載波的對(duì)應(yīng)關(guān)系為每個(gè)有用子載波產(chǎn)生 一個(gè)對(duì)應(yīng)的讀存儲(chǔ)器地址和相應(yīng)的讀使能信號(hào)，從而從特定的存儲(chǔ)單元中取出信道補(bǔ)償系數(shù)。 復(fù)數(shù)乘法器將取出的信道補(bǔ)償系數(shù)與子載波上的調(diào)制符號(hào)進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘，對(duì)子載波上調(diào)制符 號(hào)的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)抗信道衰落。綜上所述，在無線傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用本裝置，簇頭節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)上行 發(fā)射的數(shù)據(jù)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)與簇頭之間的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)出的信道響應(yīng)計(jì)算出相應(yīng)的補(bǔ)償矢量，對(duì)各個(gè)子載波上發(fā)射的符號(hào)的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)信道衰落的影響 進(jìn)行補(bǔ)償，使得傳感器節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行復(fù)雜的信道估計(jì)和均衡即可得到無畸變的發(fā)射數(shù)據(jù)， 降低傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和系統(tǒng)能耗。在發(fā)明討論到圖2到5、以及用來說明本發(fā)明原理的各種實(shí)施例，僅通過說明的方式說明 本發(fā)明具體的實(shí)施方式，在任何方式下不應(yīng)該被視為對(duì)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(dāng)布設(shè)的無線傳感網(wǎng)簇頭節(jié)點(diǎn)中實(shí)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)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，其特征在于該裝置至少包括信道估計(jì)器，對(duì)發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)；信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器，根據(jù)估計(jì)出的信道響應(yīng)計(jì)算相應(yīng)的補(bǔ)償矢量；信號(hào)預(yù)失真器，根據(jù)計(jì)算出的補(bǔ)償矢量對(duì)各個(gè)子載波上發(fā)射的符號(hào)的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整。
2.如權(quán)力要求1所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，其特征在于 所述的信道估計(jì)器根據(jù)接收到的傳感器節(jié)點(diǎn)反饋的信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)。
3. 如權(quán)力要求l所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述的信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器由第一平方器，第二平方器，加法器，取反器，第一除法器，第二 除法器和寫地址產(chǎn)生器組成。
4. 如權(quán)力要求l所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述的信號(hào)預(yù)失真器由實(shí)部存儲(chǔ)器，虛部存儲(chǔ)器，讀地址產(chǎn)生器和復(fù)數(shù)乘法器組成。
5. 如權(quán)力要求l所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述的信號(hào)預(yù)失真器在發(fā)送端對(duì)各個(gè)子載波上發(fā)射的符號(hào)的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)抗信道 衰落的影響，使得傳感器節(jié)點(diǎn)無需信道估計(jì)和均衡就能得到無失真的符號(hào)。
6. 如權(quán)力要求4所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述實(shí)部存儲(chǔ)器和虛部存儲(chǔ)器用于存放信道補(bǔ)償系數(shù)的實(shí)部和虛部。
7. 如權(quán)力要求4所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述讀地址產(chǎn)生器根據(jù)信道補(bǔ)償系數(shù)與子載波的對(duì)應(yīng)關(guān)系為每個(gè)有用子載波產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的讀 存儲(chǔ)器地址和相應(yīng)的讀使能信號(hào)，從而從特定的存儲(chǔ)單元中取出信道補(bǔ)償系數(shù)。
8. 如權(quán)力要求4所述的一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述復(fù)數(shù)乘法器用來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射的符號(hào)的幅度和相位調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的發(fā)射端信道補(bǔ)償裝置，至少包括一個(gè)信道估計(jì)器，一個(gè)信道補(bǔ)償矢量計(jì)算器和一個(gè)信號(hào)預(yù)失真器。在無線傳感網(wǎng)的簇頭節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用本裝置，簇頭節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)上行發(fā)射的數(shù)據(jù)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)與簇頭之間的信道響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)出的信道響應(yīng)計(jì)算出相應(yīng)的補(bǔ)償矢量，對(duì)各個(gè)子載波上發(fā)射的符號(hào)的幅度和相位進(jìn)行調(diào)整，以對(duì)信道衰落的影響進(jìn)行補(bǔ)償，使得傳感器節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行復(fù)雜的信道估計(jì)和均衡即可得到無畸變的發(fā)射數(shù)據(jù)，降低傳感器節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和系統(tǒng)能耗。
文檔編號(hào)H04L25/02GK101282325SQ20081006006
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心