無線傳感網下低能耗快速物理層主機同步.pdf

1、無線傳感器網絡作為一種高新的信息獲取與處理技術,在農業(yè)、軍事、醫(yī)療,以及家庭和辦公環(huán)境等眾多領域都有著廣泛的應用。對于大規(guī)模傳感器節(jié)點網絡應用,例如拋撒式傳感節(jié)點等,且大多數采用小電池供電,更換困難,因此小型化、極低功耗是傳感器節(jié)點設計的基本要求。目前,無線傳感器網絡多數通過網絡層優(yōu)化來降低網絡功耗和提高通信性能,例如,使用分布式啟發(fā)算法來動態(tài)調整節(jié)點的發(fā)射功率,也可通過休眠等手段降低功耗,例如,被動式網絡在節(jié)點空閑時使其處于休眠狀態(tài)將

2、能耗降到最低,但傳感器節(jié)點物理層通信功耗是整體功耗的重點,也是難點,而同步捕獲過程在傳感小數據量信息通信中占到很大的比重,當前 WSN物理層通信中的同步大都采用傳統(tǒng)的接收機被動捕獲的方法,需要標簽節(jié)點具備可控時鐘和相位調整等電路,較難于實現集成處理,造成電路的復雜度和較高的功耗,不利于無線傳感器網絡中標簽節(jié)點的小型化和低功耗。
　　本文從標簽節(jié)點低復雜度、低功耗的角度,針對無線傳感器網絡中極低功耗標簽節(jié)點物理層通信的捕獲同步過程,

3、在脈沖主機同步算法的基礎上提出了一種高效、低復雜度、低功耗的相位誤差估計同步捕獲算法。主機同步算法是將信號同步捕獲功能從標簽接收機節(jié)點轉移到簇主機節(jié)點上,時鐘和相位捕獲算法在主機發(fā)射端完成,標簽節(jié)點只有在達到同步捕獲條件下,也就是脈沖相關輸出超過門限時才進行反饋,主機端在無反饋條件下自主步進調整相位,這樣實現同步捕獲所需的時間和反饋次數較長。本課題中,在標簽節(jié)點提出采用對稱雙極性斜升相關波形,利用斜升信號相關輸出由于具備與相位誤差間的線

4、性關系,可以獲得更好的穩(wěn)定性和捕獲速度,同時可以大幅降低標簽節(jié)點的反饋次數,達到傳感標簽節(jié)點極低功耗的目的。在實際實現中,周期斜升信號完全可以用鋸齒震蕩信號來實現,對標簽節(jié)點實現復雜度上并沒有增加。
　　論文提出并闡述了將鋸齒波作為反饋波形的相位誤差估計算法的基本原理,理論分析了算法的平均捕獲時長和平均反饋次數這兩個性能指標,并獲得了性能的閉式解,說明了平均捕獲時長和平均反饋次數是一對矛盾體,且二者都與求平均的次數有關。并在 MA