面向物聯(lián)網(wǎng)的同步算法與多天線技術(shù)研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)(Internetofthings)逐步成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，在全球范圍內(nèi)掀起的第三次信息技術(shù)浪潮?；趥鹘y(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)之上的物聯(lián)網(wǎng)，其遠(yuǎn)期發(fā)展將可以實(shí)現(xiàn)從人與人、人與物到物與物之間的信息交換。本文以物聯(lián)網(wǎng)的底層傳輸技術(shù)和感知技術(shù)為驅(qū)動(dòng)，以傳輸技術(shù)方面的超寬帶（UWB，ultra-wideband）和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN，wirelesssensornetwork)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)基于調(diào)頻差分混沌移位鍵控(

2、FM-DCSK，frequency-modulateddifferentialchaosshiftkeying)調(diào)制的UWB系統(tǒng)的定時(shí)同步和WSN的時(shí)間同步進(jìn)行研究;以感知技術(shù)的主要對(duì)象射頻識(shí)別(RFID，radiofrequencyidentification)為出發(fā)點(diǎn)，研究如何通過(guò)引入多天線來(lái)提高無(wú)源超高頻(UHF,ultra-highfrequency)RFID系統(tǒng)的讀寫(xiě)距離、數(shù)據(jù)傳輸性能以及吞吐率。主要貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面:

3、r>　　(1)針對(duì)FM-DCSKUWB通信系統(tǒng)，提出了一種基于訓(xùn)練序列的定時(shí)同步算法。該算法利用了系統(tǒng)中混沌信號(hào)自相關(guān)性強(qiáng)、互相關(guān)性弱這一性質(zhì)。仿真結(jié)果表明:基于提出的同步算法，F(xiàn)M-DCSKUWB通信系統(tǒng)的誤碼率(BER，biterrorrate)性能非常接近于完美同步時(shí)的系統(tǒng)性能。提出的算法與傳統(tǒng)的算法相比，具有同步速度快和計(jì)算復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)。
　　(2)理論地分析了定時(shí)同步誤差對(duì)FM-DCSKUWB系統(tǒng)BER的影響。以完美定

4、時(shí)的系統(tǒng)BER為性能界，將定時(shí)誤差分為早定時(shí)誤差和晚定時(shí)誤差，證明了晚定時(shí)誤差將導(dǎo)致比早定時(shí)誤差更大的BER性能損失，仿真結(jié)果很好地驗(yàn)證了理論分析。
　　(3)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出一種基于脈沖耦合振蕩器(PCO，pulsecoupledoscillator)模型的能量有效(energyefficient)的時(shí)間同步算法。為了節(jié)省傳感器節(jié)點(diǎn)的能量，在經(jīng)典的PCO模型的基礎(chǔ)上引入休眠一喚醒(sleep-wake)機(jī)制，即讓傳感器節(jié)

5、點(diǎn)在每個(gè)時(shí)鐘周期的某段時(shí)間里處于休眠狀態(tài)而在剩余時(shí)間里處于喚醒狀態(tài)。將提出的休眠一喚醒機(jī)制首先在瞬時(shí)耦合的情形下進(jìn)行考察，結(jié)果表明休眠—喚醒機(jī)制比原始的全醒機(jī)制有更快的同步速度和更少的能量消耗。其次，將提出的休眠—喚醒機(jī)制擴(kuò)展至具有多徑時(shí)延的環(huán)境下，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在多徑環(huán)境下可以達(dá)到穩(wěn)定的同步。最后，通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)電池的電量進(jìn)行建模，將休眠—喚醒機(jī)制推廣到具有能量收集功能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　(4)研究了讀卡器采用多天線、標(biāo)簽采用單天線配

6、置的無(wú)源UHFRFID系統(tǒng)。在多天線架構(gòu)下，研究了讀卡器的讀寫(xiě)距離、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能、標(biāo)簽數(shù)量估計(jì)以及吞吐率。仿真結(jié)果表明，在提出的多天線配置下，系統(tǒng)的讀寫(xiě)距離得到了明顯的提高。針對(duì)多天線架構(gòu)，提出了一種盲自適應(yīng)波束成形算法，該算法在不需要信道估計(jì)的情況下得到了與最佳波束成形算法（需完美的信道估計(jì)）相近的誤包率(PER,packeterrorrate)性能。提出了一種標(biāo)簽數(shù)量估計(jì)算法，該算法能夠準(zhǔn)確的估計(jì)標(biāo)簽的數(shù)量，從而提升了系統(tǒng)的吞