关键字 |
| MFSK、Reed-Solomon代码、误码率、瑞利Rician |
介绍 |
| 感兴趣的环境是由一个专门的传感器节点连续采样,这感觉应该传播物理参数,最好是平等的一个指定的单位时间的数据量水槽节点。这样一个积极的传感器网络许多环境参数的场景像污染水平,周围温度和太阳辐射。主动模式的持续时间,感觉信号的模拟形式(转换后的原始数据从传感器的传感器)是第一个转换成相应的数字版本的模拟-数字转换器(ADC)。从这个数字化数据,生成一个n位消息序列,调制使用任何优先调制方案。这种调制数据传输到汇聚节点通过通道。之后,传感器节点进入睡眠模式中所有组件的收发器电路关闭以节省电池的电荷。 |
| 这种瞬态模式的持续时间从睡眠模式开关时间之和主动模式和微不足道的开关时间从主动模式到睡眠模式。为了传输感知数据,当传感器节点通过从睡眠模式到主动模式,大量的电力消费启动发射器,而功耗从主动模式过渡到睡眠模式中是微不足道的。至于收发器电路设计的无线传感器节点的能源效率而言,主要关注的是调制块。可以减少能源消耗的收发器电路的几种方法。 |
| 减少传输的按时收发器可以增加沟通的能源效率。准时可以降低传输多个传输比特/符号,这是通过使用多状态调制方案。但是,这增加了硬件的复杂性收发器以及它的功耗。 |
| 一般来说,接收机电路在传统多状态像MQAM调制方案,M-PSK更为复杂。当这样一个复杂的接收机电路传感器节点上实现的,他们消费更多的权力除了明显的比特误码率(BER)性能。此外,他们需要一些力量最密集的组件,比如数模转换器(dac)和接收机混频器电路[7]。意义的成就相对不那么复杂和MFSK收发器电路可能是这个方案可以实现数字频率合成器。正因为如此,MFSK比其他滤波器通计划更快的启动时间。 |
| 频率合成器的输出频率调制和控制只需„b”位在数控块的输入。调制信号再次过滤,放大功率放大器(PA),最后传送到无线信道,正如上文所述在图1。 |
| 本文的其余部分组织如下:第二节简要概述关于MFSK和一个想法关于其性能在AWGN和Reed-Solomon选举委员会Rician和多径瑞利衰落信道。第三部分解释了RS码在这个仿真的作用。第四部分是解释这里使用的仿真设置。第五部分详细介绍了仿真结果,第六部分总结本文。 |
MFSK AWGN和衰落通道 |
| 调制方案,当正交信号在任何特定时间T的谐波频率1 / T,这种调制方案称为“多频移键控(MFSK)”。因为没有需要同步阶段的传播载体,接收者可以区分最大M = (BW) * T正交信号,BW系统的带宽。这种能力的正交信号分离是相干接收机的一半。任何人的正交信号M = 2 M Sm (t);m = 1,2,……,米modulates the carrier cos(2πf)t during each interval of time T. |
| 此外,多状态移频键控调制不需要搅拌机和数模转换器,它使用M = 2 M正交信号。因此,多状态移频键控方案称为直接数字调制(DDM)方法[7]。这使得M-FSK有更快的从睡眠模式过渡到主动模式相比,其他多状态调制方案。阶段是不需要连续的多个频移键控(M-FSK),这些多个频率是完全不可预测的变化。一般来说,M是一个非零的力量2和笛卡尔坐标用于描述完成信号设置,这样所有各自的分配频率的正弦曲线是由互相垂直的轴。总共会有M = 2 K代码符号与K数据位的数量每个符号对于任何(N, K) RS编码[1]。然后为每个信号移频键控调制一般可以表示为, |
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| 现在方便每个代码符号映射产生的编码器的输出给任何人M组M-FSK信号频率。和T M的传输任何所需的时间频率或每个代码符号,传输速率可以表示为, |
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| 和相应的信息率可以表示为, |
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| Rc,编码速率= K / n加性高斯白噪声是适当的模型来表示在接收端热噪声。然后通道输入和输出之间的关系可以表示为, |
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| 我(t)是通道的输入作为时间的函数t和wn (t)是高斯白噪声,添加到我(t)和生产o (t)。加性高斯白信道的容量C可以表示为, |
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| BW是信道的带宽和信噪比信噪比[1]。 |
| 当多状态采用移频键控通信系统中患有慢衰落即任何与K符号的数据块进行一个常数,随机消失与每个星座由数量的符号象征M = 2 n, n是任何正整数,然后接收到的符号可以表示为, |
| 与我的时间指数作为复杂信号的振幅是假定为常数在整个框架和镍作为噪声向量的元素都来自一个复杂零均值高斯分布的方差N / 2 /真正的维度。国际扶轮,Si和倪向量的维数M x 1和Si = [0,…0 1…,0, 0]T , with mi as the position of 1 such that (1 ≤ mi ≤ M). And mi indicates that the symbol is transmitted at time i, while zero is represented for the remaining positions. |
REED-SOLOMON代码 |
| 基本上,Reed-Solomon编码非二进制系统循环线性分组码。他们是循环,因为每个有效代码产生另一个有效的循环代码时发生了变化。他们都是线性的,因为一个新的码字长度相同可以通过添加生成任意两个有效的码字。的RS编码器流程每一块信息符号,表示为一系列小与m任何大于2的正整数,这些代码被称为分组码。并且每个r (N, K)代码,其中„N”代表每个块的长度,„K”代表原始信息符号的数量,等所有N和K位符号存在,0 < K < N < 2 m + 2。随着纠错在象征层面上,这些代码适用于纠正突发错误。合适的可逆的数学函数应用于RS编码器的信息符号,生成冗余或平价符号,奇偶校验位的数量n - k = 2 t。然后这些多余的符号是附加到消息符号形成了码字。两个不同的代码之间的最小距离,d t + 1 = 2。由于足够的可用性和高效的编码技术,循环码在多个应用程序中使用。 Reed-Solomon codes are much useful for burst-error correction as they deal with symbols or they are block level codes. They are very much effective for channels with memory. |
| r -代码有一个有趣的功能,可以添加任意数量的两个信息符号与任何r代码长度„N”之间的最小距离而代码维护。现在,新的r代码的长度„N + 2”等量的奇偶校验符号与原始代码。根据r编码的概念,编码„K”信息符号是通过把他们视为任何多项式的系数K - 1 m (x)的最高学位的有限域秩序„x”。在这之后,在N > K多项式求值不同的点。当这个多项式与学位K - 1在K多点采样,创建一个已经决定系统。但在实时的情况下,而不是传输采样值的多项式,这些编码符号被视为一个输出多项式的系数C (x)后构造消息多项式的乘法m (x)的最大次数由一台发电机k - 1多项式t = n - k - 1 g (x)学位。当一台发电机多项式g (x)可以定义其根α,α2,。αt即g (x) = (x +α)(x +α2)……(x +α2t)然后发射机发送的x - 1系数C (x) = m (x) g (x) [2]。有两种基本分类r解码算法——频域、时域。 Due to the need of additional error value transformation block, inverse transformation block and delay block for syndrome polynomial, implementation of frequency domain algorithm requires more chip area which leads to more power dissipation than time domain algorithm. |
| 根据多项式方法求解错误定位器,时域算法可以进一步分为两类——欧几里得算法和Berlekamp-Massey算法[6]。BM算法只需要更少的盖茨实施,它提供了更少的实现复杂性和它有更少的关键路径延迟。尽管欧几里得算法需要实施相对结构简单,它需要相当数量的逻辑元素实现多项式除法函数。 |
仿真软件模型 |
| 参照[5],如图2所示,随机整数生成器生成随机整数的复制品感觉到来自传感器的数据。这个数据是应用于Reed-Solomon编码器的输入端口,之前随机生成数据转换为所需的合适的形式,根据编码器的类型即其输入是否应该整数或二进制。这个编码的数据调节多状态的载波信号频移键控调制2 M的值,即两个音调。被传播到合适的通道后,收到了调制信号解调和解码。错误率的计算方法是通过比较实际发送数据和接收数据,结果显示比特误码率。 |
仿真结果 |
| 模拟运行的RS编码器和二进制整数输入输入RS编码器。在图3和图4所示的仿真结果比较,二进制输入RS编码器给出相对提高误码性能在整体对整数输入RS编码器。 |
| 从图3,很显然,二进制输入RS编码器最严重,几乎恒定的误码性能在AWGN信道下即使是最不合格的M = 2的价值。误比特性能Rician和多径瑞利衰落信道下更近,但具体而言,二进制输入RS编码器为瑞利衰落信道下的误码性能最好在整个范围的增益向量。 |
| 视图,显示,整数输入RS编码器提供了最严重的Rician衰落信道下的误码率性能甚至对M = 2。AWGN信道下的误码性能温和,几乎常数不同价值观的Eb /不。和它大大提高多径瑞利衰落信道下系统性能,特别是在低增益向量的值和合并的性能情况下获得较高的向量。具体,二进制输入RS编码器给出最好的瑞利衰落信道下的误码率性能。 |
结论 |
| 除了节能性能,整个通信环境集传感器节点的低功耗和低WPANs责任周期,数据传输和接收应该强大到足以承受沉重的嘈杂的环境在未经授权的ISM波段。为了实现这个,降低硬件复杂度当然只能帮助减少能耗和快速变化不同的传感器节点操作状态。为了提供所需的大部分数据鲁棒性沟通,需要考虑的一个主要方面是前向纠错(FEC)编码。需要证明联邦选举委员会方案考虑在这个仿真,里德-所罗门编码——解码应该是一个有前途的履行方面的需求更少的硬件复杂性,降低功耗和更快的状态之间的转换。这可以进一步进行进一步验证了相同的方面。 |
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表乍一看 |
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| 表1 |
表2 |
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数据乍一看 |
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引用 |
- SaurabhMahajan Gurpadam辛格“BER性能Reed-Solomon代码使用米必要移频键控调制在AWGN信道”,国际期刊的科学和技术的进步,3卷,第一,2011年。
- BingxinShen”,纠错编码在无线传感器网络中的应用”,硕士论文,2007年8月。
- 我。酒吧——大卫,年代。Butman”性能的编码、非相干性的艰难的决定MFSK系统”,喷气推进实验室的技术报告,32 - 1526卷,十三。
- 莱昂内尔Biard,多米尼克•Noguet“里德-所罗门编码为低功耗通信”,通信学报,3卷,没有。2008年4月2日。
- b . k . Mishra SukrutiKaulgud Sandhya保存,“设计RS代码使用仿真软件平台”,国际会议和研讨会上最近的趋势在技术、(TCET) 2012诉讼发表在国际期刊《计算机应用®(IJCA)伯纳德Sklar,”里德-所罗门码”,工业与应用数学学会学报,1960。
- JamshidAbouei康斯坦n . Plataniotis SubbarayanPasupathy,“绿色在能源贫瘠的无线传感器网络,调节”,ICASSP会议,2010年3月。
- Padmavathy, M。Chitra,“绩效评估节能调制方案和跳的距离估计WSN”, IJCNIS,高雄第一,2010年4月。
- 内部ChinmoyGavini,“量化权衡在IEEE 802.15.4协议提供服务通过模拟“高级设计项目,2007年夏天。
- m . Alnuaimi k Shuaib i Jawhar,“绩效评估的内部IEEE 802.15.4物理层UsingMatLab /仿真软件”提供服务
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