基于超宽带技术的无线传感器网络( 三 ) _云知道

2.3; 多径分辨能力强
由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很轻易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。

大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10～30 dB的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不过5 dB 。对多径的高分辨能力，不仅使基于超宽带技术的无线传感器网络适合于复杂恶劣的多径环境，也节省了传感器网络数据传输的能量损耗。
2.4; 抗干扰能力强，安全性高
超宽带无线通信技术由于脉冲的低占空比和多个脉冲传送一个比特信息，带来了较高的处理增益，提高了通信系统的抗干扰能力，适合于电磁环境恶劣的情况下的信息传输。另外，由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，UWB信号相当于白噪声信号，信号的功率谱密度甚至低于自然的环境噪声电平，被截获和检测的概率很低。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。这个显著优势也为军事无线传感器网络提供了良好的保密性能。UWB技术的低功率谱密度和高处理增益特性，也保证了它具备良好的同频带共存能力，可以很好的解决无线传感器网络在复杂环境下的电磁兼容问题。
2.5; 测距定位精度高
节点的准确定位是无线传感器网络应用的重要条件。获得节点位置的一个直接想法是使用全球定位系统(GPS)来实现，但是在无线传感器网络中使用GPS来获得所有节点的位置受到价格、体积、功耗等因素限制，存在着一些困难，另外GPS也很难应用于室内无线传感器网络。超宽带无线电中脉冲宽度为纳秒级(甚至亚纳秒级)，占用的带宽在1 GHz以上，具备厘米级的相对定位能力。国外一些公司为军方开发基于超宽带技术的通信/定位系统，IEEE 802.15.4a工作组也正在进行低速无线个域网物理层的标准化工作，主要研究能在极低功率消耗情况下同时提供通信和高精度测距/定位能力的解决方案，UWB技术正是其主要的备选方案。

综上所述，基于UWB技术的无线传感器网络在诸多方面具备得天独厚的优势，将成为下一代无线传感器网络的研究热点和发展方向。

3 超宽带无线传感器网络的要害技术
研究基于超宽带技术的无线传感器网络时，除了无线传感器网络的通用要害技术，还需要关注下面一些热点问题：适用于无线传感器网络的UWB无线传输技术，与UWB相结合考虑的无线传感器MAC协议，利用定位信息的路由技术，高精度测距定位方法，跨层设计方法等。
3.1超宽带传输技术
考虑到无线传感器网络的应用环境，低功耗低成本是设计无线传感器网络的重要问题。所以，要结合无线传感网的要求，设计合适的UWB传输技术，重点研究简单、低功耗的调制解调技术，低成本、小体积的收发信机，结构合理的通信/定位一体化设计。综合以上因素，非相干方式的UWB无线传输技术可以成为一个很好的备选方案。
3.2 媒体访问控制协议
无线传感网研究的核心问题之一就是功耗治理。射频模块是节点中最大的耗能模块，是优化的主要目标。媒体访问控制(MAC)协议直接控制射频模块，对节点功耗有很大的影响。传感器节点的无效功耗主要来自：空闲侦听、数据冲突、串扰(接收和处理发往其他节点的数据)、控制报文开销等。MAC协议在降低功耗方面主要采用的方法有减少数据流量，增加射频模块休眠时间和冲突避免等等。

基于超宽带技术的无线传感器网络( 三 )

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