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具有自適應通信能力的無線傳感網(wǎng)節(jié)點設計

作者: 時間:2009-03-26 來源:網(wǎng)絡 收藏

  主要的自模塊處于中,其軟件功能實現(xiàn)如圖4所示。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/158147.htm

模塊采用直接序列擴頻方式,可通過擴頻增益的更改來獲得不同的靈敏度,以滿足不同數(shù)據(jù)速率及傳輸距離的要求。擴頻碼為0~1 023位的Gold碼,擴頻增益存在30dB的差別,更高的擴頻增益意味著更高的靈敏度和更遠的傳輸距離。
  信道編解碼模塊參數(shù)可調整,根據(jù)系統(tǒng)接收效果設置不同的參數(shù)。當對信息誤碼率要求不高、而對信息的傳輸速率要求較高時,可視傳輸信道情況適當降低信道編解碼的糾錯,反之則可提高。
  調制方式采用QPSK/OQPSK。發(fā)射濾波處理為對信號進行成型濾波,接收濾波處理為相應的匹配濾波。
3 主芯片器件性能及能量管理
  選用Blackfin533作為主要的數(shù)字處理器件。Blackfin系列是美國模擬器件公司(簡稱ADI)基于微信號體系結構的,是專為滿足嵌入式音頻、視頻和應用的計算要求和功耗約束條件而的16到32 位嵌入式處理器。它將一個32 位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所的易用性組合在一起,能夠同時滿足信號處理和控制處理應用的需求,從而極大地簡化了硬件和軟件。其處理速度快(ADSP-BF533處理速度可達750MHz)、功耗低的特點更適合WSN應用。
  同時,Blackfin 處理器基于一種選通時鐘內核,可按照逐條指令選擇切斷功能單元的電源。通過內部的動態(tài)電源管理模塊對工作頻率和電壓進行獨立控制,以滿足正在執(zhí)行的算法性能要求。這些轉換可以在一個 RTOS(實時操作系統(tǒng))或用戶固定的控制之下連續(xù)出現(xiàn)。大多數(shù) Blackfin 處理器都提供了片上內核穩(wěn)壓電路,并可在低至0.8V的電壓條件下工作,因而特別適合于需要低功耗的便攜式應用。
  降低工作頻率后,能量節(jié)省因子可表示為:

fCCLKRED為降頻后的時鐘頻率,fCCLKNOM為正常狀態(tài)下的時鐘頻率,VDDINTRED為降頻工作后的電壓,VDDINTNOM為正常狀態(tài)下的電壓,TRED為降頻后工作時間,TNOM為正常狀態(tài)下的工作時間。
  Blackfin處理器支持的轉換狀態(tài)如表1所示。
  Blackfin533在各種不同狀態(tài)下的功耗如表2所示。其中,IDDTYP為典型應用情況下的電流,IDDSLEEP為休眠狀態(tài)下的情況,IDDDEEPSLEEP為深度休眠狀態(tài)下的情況,IDDHIBERNATE為關掉電源管理后的電流(VDDEXT=3.65V,VDDINT=0V),IDDRTC為VDDRTC=3.3V時測得的電流。
  電壓標志含義如表3所示。

4 系統(tǒng)性能分析
  下面從自通信和傳輸距離的關系及能耗兩個方面來分析系統(tǒng)的性能。
  (1)系統(tǒng)路徑損耗與傳輸距離/傳輸頻率的關系
  系統(tǒng)仿真參數(shù)設置為:
  最大擴頻增益:30dB
  射頻頻率變化范圍:200MHz~2GHz
  發(fā)射機天線高度:5m
  接收機天線高度:2m
  最高速率時系統(tǒng)靈敏度:80dB
  代表意義的傳播為自由空間傳播和近地傳播。首先觀察在自由空間傳播中的情況。
  設原有系統(tǒng)的靈敏度為-80dB,傳輸頻率為400MHz,在增加30dB的擴頻增益后,在自由空間中傳輸距離可增加近20km。且頻率越高,這種增長的趨勢越明顯。
  以Hata模型為例說明在其他環(huán)境下的對比情況。Hata模型是根據(jù)Okumura曲線圖所作的經驗公式,頻率范圍為150MHz~1 500MHz,以市區(qū)傳播模型損耗為標準,其他地區(qū)在此基礎上進行修正,適用于半徑超過1km的大區(qū)域移動系統(tǒng)。
  設系統(tǒng)工作頻點為400MHz,則在不同環(huán)境下,系統(tǒng)的損耗與傳輸距離關系如圖5所示。在城區(qū)環(huán)境下,系統(tǒng)的損耗較大,傳輸距離較近,30dB的增益僅能提升3km的距離。但如果增大發(fā)射功率,仍可獲得較好的效果。



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