第3讲无线信道问题及解决
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讲座3-1 无线协同通信的概念
无线协同通信的概念
无线协同通信的概念
无线协同通信的概念线通信网络的“涌现”增益
无线协同通信的概念
无线协同通信的概念
High-Rate
Quantizer
Low-Rate
Quantizer
无线协同通信的概念
Three-terminal communication , Adv. Appl. Prob. 3, 1971.
无线协同通信的概念
T. M. Cover and A. El Gamal. Capacity theorems for the relay channel. IEEE Transactions on Information Theory, IT-25(5):572-584, September, 1979.
无线协同通信的概念
T. M. Cover and A. El Gamal. Capacity theorems for the relay channel. IEEE Transactions on Information Theory, IT-25(5):572-584, September, 1979.
无线协同通信的概念
无线协同通信的概念
满足网络需求面临的挑战
无线协同通信的概念
Gerard J. Foschini
无线协同通信的概念
无线协同通信的概念
多个单天线的终端，通过协同协议和信息交互天线，实现组群内电台的天线共享，形成一个
无线协同通信的概念
信道噪声
信道噪声的内涵
噪声指代电路内部的信号无有用性，干扰则是指引噪声产生了异常影响，其基本干扰形式是辐射和传导。其 中信道噪声主要指信号传输环节，因不同因素的作用所产生的干扰，我们可将信道噪声直观地称作干扰。当信号 传输时，若存在信道噪声，则将引发传输失真的问题，严重还可能制约信号的正常传输。一般信道噪声包含平稳 噪声和非平稳噪声这两种。中波广播信号通常是在空中得以传播的，我们通常将这一干扰称作噪声。基于不同的 环境，虽然是一样频率的中波，但对应的传输效率也存在显著差异，为此，应明确中波广播发射问题，在具体的 工作过程，不断降低信道噪声产生的不良影响。
信道噪声
通信技术名词
01 定义
03 产生原因 05 问题研究
目录
02 分类 04 解决措施
基本信息
无线信道噪声相对于有用信号来说，通俗的讲就是干扰。如果噪声干扰不去除，就会造成信号失真，严重的 会使得通信无法正确和有效的进行。
定义
定义
无线信道噪声相对于有用信号来说，通俗的讲就是干扰。如果噪声干扰不去除，就会造成信号失真，严重的来自百度文库会使得通信无法正确和有效的进行。例如图1，左边是一次正常通话时的信号波形，解调后的通话内容是“我正在 回家路上”，图1中除了有用信号波形，还有噪声干扰，导致通话产生错误，解调后的通话内容成了“你买猪肉吗， 嘿嘿~~~”。
图1正常通信和干扰后的结果对比
噪声指代电路内部的信号无有用性，干扰则是指引噪声产生了异常影响，其基本干扰形式是辐射和传导。其 中信道噪声主要指信号传输环节，因不同因素的作用所产生的干扰，我们可将信道噪声直观地称作干扰。当信号 传输时，若存在信道噪声，则将引发传输失真的问题，严重还可能制约信号的正常传输。一般信道噪声包含平稳 噪声和非平稳噪声这两种。中波广播信号通常是在空中得以传播的，我们通常将这一干扰称作噪声。基于不同的 环境，虽然是一样频率的中波，但对应的传输效率也存在显著差异，为此，应明确中波广播发射问题，在具体的 工作过程，不断降低信道噪声产生的不良影响。
信道噪声
通信技术名词
01 定义
03 产生原因 05 问题研究
目录
02 分类 04 解决措施
基本信息
无线信道噪声相对于有用信号来说，通俗的讲就是干扰。如果噪声干扰不去除，就会造成信号失真，严重的 会使得通信无法正确和有效的进行。
定义
定义
无线信道噪声相对于有用信号来说，通俗的讲就是干扰。如果噪声干扰不去除，就会造成信号失真，严重的来自百度文库会使得通信无法正确和有效的进行。例如图1，左边是一次正常通话时的信号波形，解调后的通话内容是“我正在 回家路上”，图1中除了有用信号波形，还有噪声干扰，导致通话产生错误，解调后的通话内容成了“你买猪肉吗， 嘿嘿~~~”。
图1正常通信和干扰后的结果对比
通信原理信道与讲义噪声第3章
n
n
r (t)a i(t)co c [t std(ti) ] a i(t)c[o c t si(t)]
i 1
i 1
式中，ai(t)——总共n条多径信号中第i条路径到达接收端的 随机幅度；
tdi(t)——第i条路径对应于它的延迟时间； φi(t)——相应的随机相位，即
φi(t)=-ωctdi(t)
n
n
r (t) [ a i(t)co i(t)] s co c t s [ a i(t)sii(tn )]sic tn
i 1
i 1
令
n
a I (t ) a i (t ) cos i (t )
i 1
n
a Q (t ) a i (t ) sin i (t ) i1
r ( t ) a I ( t ) cc o t a Q ( s t ) sc i t n a ( t ) co c t ( t s )[ ]
(a) 噪声的频谱； (b) 噪声的波形
信号带宽
3.5 信道容量的概念
从通信系统中信号的传输过程来说，实际上会遇到两种不同含 义的带宽：一种是信号的带宽(或者是噪声的带宽)，这是由信 号(或噪声)能量谱密度G(ω)或功率谱密度P(ω)在频域的分布规 律来确定的；另一种是信道的带宽，它是由传输电路的传输特 性所决定的。带宽的符号用B表示，单位为Hz。 本教材中在用 到带宽时将说明是信道带宽， 还是信号带宽。
通信技术与系统应用-2013第3讲
通信技术与系统应用
第3讲
1
• 上一讲回顾
提纲
• 2.3电波传播特性预测
➢ 2.3.1 OM模型 ➢ 2.3.2 任意地形地物信号中值的预测 ➢ 2.3.3 场强中值变动分布及预测 ➢ 2.3.4 覆盖设计
• 3.1 移动通信中的噪声
➢ 3.1 噪声的类型 ➢ 3.2 噪声系数 ➢ 3.3 降低噪声的方法
117.56 33 (11) (2.5) 164.06(dB )
12
2．不规则地形及不同环境中的中 （1）计算自由空值间的路传径播衰损耗L耗bs为：
Lbs 32.45 20 lg d (km) 20 lg f (MHZ )
（2）计算准平滑地形市区的信号中值
LT Lbs Am ( f , d ) H d (hb , d ) H m (hm , f )
3
一、地形、地物分类
• 不同地形和传播环境条件下的电波传播特性是不同的，一 般通过对地形和传播环境分类进行电波船工的估算，即估 算移动信道中信号电场强度中值。
• 实际地形虽然千差万别，但从电波传播的角度考虑，可分 为两大类，即准平坦地形和不规则地形。
• 除了地形加以分类外，不同地物环境的条件也不同，可根 据地物的密集程度，把传播环境分为四类： ① 开阔地区 ② 郊区 ③ 中小城市和大城市地区 ④ 隧道区
• 中国电信： CDMA2000 采用FDD方式 ➢ 上行：1920~1935 MHz （15MHz） ➢ 下行：2110~2125 MHz （15MHz）
第3讲
1
• 上一讲回顾
提纲
• 2.3电波传播特性预测
➢ 2.3.1 OM模型 ➢ 2.3.2 任意地形地物信号中值的预测 ➢ 2.3.3 场强中值变动分布及预测 ➢ 2.3.4 覆盖设计
• 3.1 移动通信中的噪声
➢ 3.1 噪声的类型 ➢ 3.2 噪声系数 ➢ 3.3 降低噪声的方法
117.56 33 (11) (2.5) 164.06(dB )
12
2．不规则地形及不同环境中的中 （1）计算自由空值间的路传径播衰损耗L耗bs为：
Lbs 32.45 20 lg d (km) 20 lg f (MHZ )
（2）计算准平滑地形市区的信号中值
LT Lbs Am ( f , d ) H d (hb , d ) H m (hm , f )
3
一、地形、地物分类
• 不同地形和传播环境条件下的电波传播特性是不同的，一 般通过对地形和传播环境分类进行电波船工的估算，即估 算移动信道中信号电场强度中值。
• 实际地形虽然千差万别，但从电波传播的角度考虑，可分 为两大类，即准平坦地形和不规则地形。
• 除了地形加以分类外，不同地物环境的条件也不同，可根 据地物的密集程度，把传播环境分为四类： ① 开阔地区 ② 郊区 ③ 中小城市和大城市地区 ④ 隧道区
• 中国电信： CDMA2000 采用FDD方式 ➢ 上行：1920~1935 MHz （15MHz） ➢ 下行：2110~2125 MHz （15MHz）
H3C WLAN网络配置与维护第3讲AC&FIT AP基础配置篇(1.0.1)
H3C WLAN网络配置与维护第三讲AC&FIT AP基础配置篇
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目录
1 前言 3
2 课程目标 3
3 AC&FIT AP的组网方式 3
4 配置要点 3
4.1 保证FIT AP上电后可以获得IP地址 3
4.2 保证FIT AP得到AC的IP地址 4
4.3 配置AC以便AP进行注册关联 4
5 配置步骤 5
5.1 FIT AP 5
5.1.1 FIT AP安装 5
5.1.2 通过DHCP Server获得IP地址 5
5.1.3 得到AC的IP地址 5
5.2 AC 5
5.2.1 上传FIT AP的主机软件到AC的flash 5
5.2.2 配置无线接口和服务模板 5
5.2.3 配置AP 6
1 前言
构建WLAN网络可以采用两种方式，一种是FAT AP模式，也就是我们常说的胖AP，FAT AP不能集中管理，只能一台一台的配置，对于无线覆盖范围有限，AP数目较少的情况比较合适。另一种方式是采用无线控制器AC加FIT AP（瘦AP）组网，采用这种方式FIT AP 不需要配置，所有配置和版本都从AC上下载；这种方式非常便于管理和维护，对于AP大规模组网的WLAN项目是非常合适的，在运营商无线热点覆盖项目中是客户首选的方案。
2 课程目标
⑴掌握FIT AP开局基本配置方法；
⑵掌握FIT AP开局工程实施过程中需要注意的基本问题。
3 AC&FIT AP的组网方式
AC&FIT AP的组网方式可以归结为一下三种：
直连方式和二层网络连接方式在原理和工作方式上都是一样的，所以我们在配置讲解时，仅仅考虑二层组网方式即可。而且直连方式在实际组网中应用较少，特别是AP数目较多的情况下，将所有AP和AC直接连起来是不现实的。第三种方式是三层网络连接，这里需要考虑跨三层时如何让FIT AP得到AC的地址，以便AP向AC发起注册请求。
无线网络技术 - 3 无线局域网
分布式系统通过入口(Portal)与骨干网相连
无线局域网的拓扑结构
拓扑结构分类
从物理拓扑分类看:单区网SCN和多区网MCN 从逻辑上看:对等式、基础结构式和线型、星型、 环型 从控制方式方面来看:无中心分布式、有中心集 中控制式 从与外网的连接性来看：独立WLAN和非独立 WLAN
1．分布对等式拓扑
Wi-Fi联盟成立于1999年，当时的名称叫做 Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA)。 在2002年10月，正式改名为Wi-Fi Alliance。 在无线局域网标准的采纳和市场化推进中，Wi-Fi 联盟起到了主导作用。
ISM频段
ISM频段（Industrial Scientific Medical Band）， 中文意思分别是工业的(Industrial)、科学的 (Scientific)和医学的(Medical)。 ISM频段就是各国挪出某一段频段主要开放给工 业，科学和医学机构使用。应用这些频段无需许 可证或费用，只需要遵守一定的发射功率（一般 低于1W），并且不要对其它频段造成干扰即可。 ISM频段在各国的规定并不统一，而2.4GHz为各 国共同的ISM频段。因此无线局域网（IEEE 802.11b/IEEE 802.11g），蓝牙，ZigBee等无线 网络，均可工作在2.4GHz频段上。
第讲信道估计
20
例一： GSM系统
发射端
数据源（含CRC、卷积编码、交织器） GMSK调制器
移动信道 接收端
解调器/均衡器 解交织器和解码器
2019/10/11
21
源数据序列
全速率语音业务（TCH/FS，13.3kbps） 信道
正常突发序列包括前后各58个信息比特、 中间的26比特训练序列以及首尾各3个尾 比特
in
in
in
n N 1
n N 1
n N 1
h1[n] PN[i 1] PN[i 1] h5[n] PN[i 5] PN[i 1] v[i] PN[i 1]
in
in
in
h1[n]
n N 1
n N 1
当 PN[i 1] PN[i 1] 1 ； PN[i 5] PN[i 1] 0 ；（自相关特性）
2019/10/11
31
rl,PN [i] PN[i 1]
h1[i] PN[i 1] h5[i] PN[i 5] v[i] PN[i 1]
in
in
n N 1
n N 1
n N 1
＝ h1[i] PN[i 1] PN[i 1] h5[i] PN[i 5] PN[i 1] v[i] PN[i 1]
2019/10/11
第3讲 无线电波传播理论
绕射损耗
特点： –电磁波在绕射点四处扩散 –绕射波函盖除障碍物外的所有方向 –扩散损耗最为严重 –计算公式复杂，随不同绕射常数变化
建筑物穿透损耗
室内信号取决于建筑物的穿透损耗 室内窗口处与室内中部信号差别较大 建筑物材质对穿透损耗影响较大 电磁波的入射角对穿透损耗影响较大
w1 ε 0μ 0 d D w2 ε 0μ 0
第三章 无线电波传播 理论
参考书目：
樊昌信.《通信原理》
马玉珉.《通信系统理论》
闻映红.《天线与电波传播理论》 马华兴.《传播模型优化的研究》
主要内容： 3.1 无线电波传播机制 3.2 无线电波衰落特性 3.3 无线电波传播模型
3.1无线电波传播机制 无线电波传播特性的研究和了解是移动通信 网络规划和建设的基础,从频段的确定、频率分 配、无线电波的覆盖范围、计算通信概率及系统 间的电磁干扰，直到最终确定无线设备的参数， 都必须依靠对电波传播特性的研究、了解和据此 进行的场强预测。
根据接收信号场强变化的作用时间，无线电波在无 线空间中传输时经历的衰落分为2类损耗: 慢衰落——接收信号强度下降，但该场强中值随地理 改变变化缓慢，故称慢衰落。又称为阴影衰落。 快衰落——在足够短的时间间隔内接收信号强度的快 速变化，并且合成波的振幅和相位随移动台的运动起 伏变化很大 ，称为快衰落。
不同的幅度和相位，它们的合成效果将导致接收机收到
蓝牙技术讲座 第3讲 蓝牙的网络结构和信道控制
一
图 Ｉ 一个微微网的拓扑结掏
微 微网 的成 员 以同步 的方式 跟踪 跳频 序列 的连续跳 变。 微微 网根 据需 要创建 ． 只要 成员设 备需 要通 信就
一Байду номын сангаас
例如 ， 办公室 的 Ｐ Ｃ可以是 一 个 主设 备单 元 ， 而 无线键 盘 、无线 鼠标 和无 线打 印机可 以充 当从设 备 单元 的角 色 而微微 网实际上 是一 种个 人区域 网。这是 一种 以个 人 区域 （ 即办公 室 区域 和家庭 区域 ） 应 用环 为 境 的 网络 建构 。 这里需 要指 出 的是 ， 微网并 不 能够 微 代 替局 域 网 ，它 只是用 来代 替或 简化个 人 区域 的 电
缆连接 。微微网由主设备单元和从设备单元两种设 备单元构成。主设备单元负责提供 时钟同步信号和
调 频序 列 。而从设 备单 元 一般是 受控 同步 的设 备 单 元 ， 接受 主设备 单元 的控 制 。在 同一微微 网 中 ， 并 所
有设备单元均采用同一调频序列 。每个从设备单元 的起始 频 率和 占用信 道 由主设备 单元控 制 。
维普资讯 http://www.cqvip.com
蓝 牙 技 术 讲 座
第３ 讲 蓝牙 的网络结构和信道控制
时和 平 马 秀芳
安 ７０ ０ １１６）
（ 解放军西安 通信学院
图 Ｉ 一个微微网的拓扑结掏
微 微网 的成 员 以同步 的方式 跟踪 跳频 序列 的连续跳 变。 微微 网根 据需 要创建 ． 只要 成员设 备需 要通 信就
一Байду номын сангаас
例如 ， 办公室 的 Ｐ Ｃ可以是 一 个 主设 备单 元 ， 而 无线键 盘 、无线 鼠标 和无 线打 印机可 以充 当从设 备 单元 的角 色 而微微 网实际上 是一 种个 人区域 网。这是 一种 以个 人 区域 （ 即办公 室 区域 和家庭 区域 ） 应 用环 为 境 的 网络 建构 。 这里需 要指 出 的是 ， 微网并 不 能够 微 代 替局 域 网 ，它 只是用 来代 替或 简化个 人 区域 的 电
缆连接 。微微网由主设备单元和从设备单元两种设 备单元构成。主设备单元负责提供 时钟同步信号和
调 频序 列 。而从设 备单 元 一般是 受控 同步 的设 备 单 元 ， 接受 主设备 单元 的控 制 。在 同一微微 网 中 ， 并 所
有设备单元均采用同一调频序列 。每个从设备单元 的起始 频 率和 占用信 道 由主设备 单元控 制 。
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蓝 牙 技 术 讲 座
第３ 讲 蓝牙 的网络结构和信道控制
时和 平 马 秀芳
安 ７０ ０ １１６）
（ 解放军西安 通信学院
第03讲 无线基带信号处理
2014-10-24 第03讲 无线基带信号处理 22
LPF
取样判决 差分译码
BPF
交替门 Tb LPF 取样判决
相干载波提取 锁相环 1 2 f c＋ 1 2Tb 平方器
锁相环2 2 f c－ 1 2Tb
÷ 2
＋
∑ － ＋
－ 2 sin 2T b 2 cos 2T b
Pe = P(x1＜x2) = P(a+nc1＜nc2) = P(a+nc1-nc2＜0)
0 r 2 1 1 ( z a ) 2 / 2 z e dz erfc 2 2 2 z
Pe
0
f ( z )dz
a2 / 2
2 式中， n 差函数， 即
2014-10-24
第03讲 无线基带信号处理
3
按照调制器输入信号 (该信号称为调制信 号 ) 的形式， 调制可分为模拟调制 ( 或连 续调制)和数字调制。 模拟调制指利用输 入的模拟信号直接调制 ( 或改变 ) 载波 ( 正 弦波)的振幅、 频率或相位， 从而得到 调幅(AM)、 调频(FM)或调相(PM)信号。 数字调制指利用数字信号来控制载波的 振幅、 频率或相位。 常用的数字调制有： 移频键控(FSK)和移相键控(PSK)等。
h
f
1 / Tb
LPF
取样判决 差分译码
BPF
交替门 Tb LPF 取样判决
相干载波提取 锁相环 1 2 f c＋ 1 2Tb 平方器
锁相环2 2 f c－ 1 2Tb
÷ 2
＋
∑ － ＋
－ 2 sin 2T b 2 cos 2T b
Pe = P(x1＜x2) = P(a+nc1＜nc2) = P(a+nc1-nc2＜0)
0 r 2 1 1 ( z a ) 2 / 2 z e dz erfc 2 2 2 z
Pe
0
f ( z )dz
a2 / 2
2 式中， n 差函数， 即
2014-10-24
第03讲 无线基带信号处理
3
按照调制器输入信号 (该信号称为调制信 号 ) 的形式， 调制可分为模拟调制 ( 或连 续调制)和数字调制。 模拟调制指利用输 入的模拟信号直接调制 ( 或改变 ) 载波 ( 正 弦波)的振幅、 频率或相位， 从而得到 调幅(AM)、 调频(FM)或调相(PM)信号。 数字调制指利用数字信号来控制载波的 振幅、 频率或相位。 常用的数字调制有： 移频键控(FSK)和移相键控(PSK)等。
h
f
1 / Tb
第三章信道与噪声
第三章信道与噪声
通信原理电子教案
第3章信道与噪声
学习目标：
信道的数学描述方法；
恒参信道/随参信道及其传输特性；
加性高斯白噪声；
信道容量的概念。
重点难点：调制信道模型；编码信道模型；恒参信道对信号传输的影响；加性高斯白噪声；Shannon信道容量公式。随参信道对信号传输的影响；起伏噪声；噪声等效带宽；连续信道的信道容量“三要素”。随参信道特性的改善。
课外作业： 3-5，3-11，3-16，3-19，3-20
本章共分4讲
《通信原理》第九讲
知识要点：信道等义、广义信道、狭义信道，调制信道和编码信道。
§3.1 信道定义与数学模型
1、信道定义
信道是指以传输媒质为基础的信号通道。信道即允许信号通过，又使信号受到限制和损害。
研究信道的目的：建立传播预测模型；为实现信道仿真器提供基础。
狭义信道仅指信号的传输媒质，这种信道称为狭义信道；广义信道不仅是传输媒质，而且包括通信系统中的一些转换装置，这种信道称为广义信道。狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。
广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。
图3-1 调制信道和编码信道
2、信道的数学模型
信道的数学模型用来表征实际物理信道的特性，它对通信系统的分析和设计是十分方便的。下面我们简要描述调制信道和编码信道这两种广义信道的数学模型。
1. 调制信道模型
图3-2 调制信道模型
二端口的调制信道模型其输出与输入的关系有
一般情况下，可表示为信道单位冲击响应与输入信号的卷积，即或
其中，依赖于信道特性。对于信号来说，可看成是乘性干扰，而为加性干扰。
传感网原理及应用—第3讲(MAC协议)
8
设计WSN中MAC协议，需考虑
节省能量。 可扩展性。
由于传感器节点数目、节点分布密度等在传感器网络生存过程中不断变 化，节点位置也可能移动，还有新节点加入网络的问题，所以无线传感 器网络的拓扑结构具有动态性。MAC协议也应具有可扩展性，以适应这 种动态变化的拓扑结构。
网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。 MAC协议要具备上述特点，众多节点协同完成应用任务，必然增加算法 的复杂度。由于无线传感器网络的节点计算能力和存储能力受限，MAC 协议应该根据应用需要，在复杂度和上述性能之间取得折中。 无线传感器网络应用的特殊性对各层协议都提出了一些共同的要求，如 能量效率、可扩展性、网络效率等，研究MAC协议与其他层协议的协同 问题，通过跨层设计而获得系统整体的性能优化
10
②冲突（碰撞）：
③控制开销：
④串扰（串音）：
信道接入机制分类
分配信道的方式：竞争型、分配型、混合型 使用的信道数目：单信道、双信道、多信道 网络类型：同步网络、异步网络
信道接入方式
竞争型的接入方式
分配型接入方式
混合型接入方式
分布式控制
集中式控制
随机竞争方式
轮替方式
依此类推31pmac协议关键技术2stfprtfpetfstfprtfpetftrte时间帧划分32模式的交换引入超帧stf分为两个子帧prtf和petf模式交换时间帧petf邻居之间进行模式信息交换wisemac协议基本思想33基于csma机制使用前导采样技术通过本地同步的广播获得最小的前导长度随机的前导长度保证冲突避免wisemac协议关键技术134前导采样对信道进行采样在短时间内对无线信道进行监听所有节点都保持相同的采样时间tw采样时监听到信道忙节点会继续监听直到接收到数据或者信道空闲数据包发送之前都要发送一个唤醒前导序列该序列的长度和采样周期的长度相等保证在数据部分到达时节点处于监听状态wisemac协议关键技术2前导长度最小化根据邻居节点的采样时间偏移量选择最小长度的唤醒前导35源节点目的节点唤醒信道空闲唤醒信道空闲唤醒信道忙接收开始等待空闲传输数据wait发送接收睡眠图311同步前导采样sift协议基本思想1适用于事件驱动型传感器网络出发点空间和时间相关性并非每个节点都要报告事件时变性设计目的n个节点同时监测到一个事件希望在最短时间内有r个节点rn无冲突发送事件消息36sift协议基本思想2常规窗口竞争协议在1cw时间长度窗口内等概率选择发送时槽冲突时就倍增时间窗口大小cw等概率选取发送时间sift协议固定长度的竞争窗口不等概率选择时槽在不同时槽采用不同的选择概率37sift协议关键技术假设目前参与竞争的节点数n竞争时间窗口1cw中的时隙
设计WSN中MAC协议，需考虑
节省能量。 可扩展性。
由于传感器节点数目、节点分布密度等在传感器网络生存过程中不断变 化，节点位置也可能移动，还有新节点加入网络的问题，所以无线传感 器网络的拓扑结构具有动态性。MAC协议也应具有可扩展性，以适应这 种动态变化的拓扑结构。
网络效率包括网络的公平性、实时性、网络吞吐量以及带宽利用率等。 MAC协议要具备上述特点，众多节点协同完成应用任务，必然增加算法 的复杂度。由于无线传感器网络的节点计算能力和存储能力受限，MAC 协议应该根据应用需要，在复杂度和上述性能之间取得折中。 无线传感器网络应用的特殊性对各层协议都提出了一些共同的要求，如 能量效率、可扩展性、网络效率等，研究MAC协议与其他层协议的协同 问题，通过跨层设计而获得系统整体的性能优化
10
②冲突（碰撞）：
③控制开销：
④串扰（串音）：
信道接入机制分类
分配信道的方式：竞争型、分配型、混合型 使用的信道数目：单信道、双信道、多信道 网络类型：同步网络、异步网络
信道接入方式
竞争型的接入方式
分配型接入方式
混合型接入方式
分布式控制
集中式控制
随机竞争方式
轮替方式
依此类推31pmac协议关键技术2stfprtfpetfstfprtfpetftrte时间帧划分32模式的交换引入超帧stf分为两个子帧prtf和petf模式交换时间帧petf邻居之间进行模式信息交换wisemac协议基本思想33基于csma机制使用前导采样技术通过本地同步的广播获得最小的前导长度随机的前导长度保证冲突避免wisemac协议关键技术134前导采样对信道进行采样在短时间内对无线信道进行监听所有节点都保持相同的采样时间tw采样时监听到信道忙节点会继续监听直到接收到数据或者信道空闲数据包发送之前都要发送一个唤醒前导序列该序列的长度和采样周期的长度相等保证在数据部分到达时节点处于监听状态wisemac协议关键技术2前导长度最小化根据邻居节点的采样时间偏移量选择最小长度的唤醒前导35源节点目的节点唤醒信道空闲唤醒信道空闲唤醒信道忙接收开始等待空闲传输数据wait发送接收睡眠图311同步前导采样sift协议基本思想1适用于事件驱动型传感器网络出发点空间和时间相关性并非每个节点都要报告事件时变性设计目的n个节点同时监测到一个事件希望在最短时间内有r个节点rn无冲突发送事件消息36sift协议基本思想2常规窗口竞争协议在1cw时间长度窗口内等概率选择发送时槽冲突时就倍增时间窗口大小cw等概率选取发送时间sift协议固定长度的竞争窗口不等概率选择时槽在不同时槽采用不同的选择概率37sift协议关键技术假设目前参与竞争的节点数n竞争时间窗口1cw中的时隙
第3讲 无线传感器网络技术-MAC协议(II)
N ASYNC ASYNC
A
A
BSYNC B
N
A ASYNC ASYNC
WSN
MAC for Sensor Networks
11
S-MAC: 周期性侦听和睡眠
相邻的节点同步形成虚拟 的簇 clusters 也称“时间表同步的岛屿”
边界节点记录两个或者多 个调度
边界节点睡眠时间短
WSN
12
C active
D TA
WSN
FRTS
active RTS
MAC for Sensor Networks
29
评价
优点 提高了吞吐率、减少延时
缺点 额外的通信开销 降低能量效率
WSN
30
早睡的解决办法 -2
满缓冲区优先 Full-Buffer Priority
contend A
WSN
17
AL 举例
RTS Node A
DATA
Node B
CTS
ACK
Listen
AL
Node C
WSN
RTS = Request to send CTS= Clear to send
AL = Adaptive Listen Without AL A could
be sleeping at this MmAoCmforeSne1nt8sor Networks
通信原理第三章
调制信道：为研究调制与解调问题所建立的一种广 义信道，涉及到调制信道输入信号形式和已调信号通 过调制信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换 过程并不关心。
9/64 {18:12}
一般情况下，为了分析方便常常把噪声放在信 道上考虑。
可以假设信道的输入为si(t)，输出为so(t)； 目标：由si(t) →so(t) 定义 n(t)：加性噪声，与si(t)相互独立； c(t)：信道的物理传输特性，即信道的单位冲激
⇒ B ⇔ SNR or B ⇔ SNR
例如：火星探测器与地面的通信。(美“机遇号”“勇气 号”等)=====深空通信
C
=
B
log 2 (1 +
S N
)(b
/
s)
32/64 {18:12}
(5) 信道容量是信道的最大信息传输速率；同时
根据定义有 C = I T
其中：I：消息携带的信息量， T：消息传输的时间。
道的数学模型。也就是用数学公式对信道进行 描述。
2/64 {18:12}
第3章 信道与噪声
3.1 信道定义与数学模型
3.1.1 信道定义 信道：以传输媒质为基础的信号通道。 两种定义：广义信道和狭义信道；
狭义信道：仅仅是指信号的传输媒质； 广义信道：不仅仅包括传输媒质，而且包括通信系统
中的一些转换装置。
需要修正。
9/64 {18:12}
一般情况下，为了分析方便常常把噪声放在信 道上考虑。
可以假设信道的输入为si(t)，输出为so(t)； 目标：由si(t) →so(t) 定义 n(t)：加性噪声，与si(t)相互独立； c(t)：信道的物理传输特性，即信道的单位冲激
⇒ B ⇔ SNR or B ⇔ SNR
例如：火星探测器与地面的通信。(美“机遇号”“勇气 号”等)=====深空通信
C
=
B
log 2 (1 +
S N
)(b
/
s)
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(5) 信道容量是信道的最大信息传输速率；同时
根据定义有 C = I T
其中：I：消息携带的信息量， T：消息传输的时间。
道的数学模型。也就是用数学公式对信道进行 描述。
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第3章 信道与噪声
3.1 信道定义与数学模型
3.1.1 信道定义 信道：以传输媒质为基础的信号通道。 两种定义：广义信道和狭义信道；
狭义信道：仅仅是指信号的传输媒质； 广义信道：不仅仅包括传输媒质，而且包括通信系统
中的一些转换装置。
需要修正。
第3讲(无线信道问题及解决)
本讲内容
移动通信系统所处的信道环境 信道引起的问题及其解决方法--CDMA系统
信道问题的解决
20.09.2019
1
信道特点
信道建模 路径损耗 对数正态衰落 瑞利衰落
衰落的特性 时间相干性：快衰落和慢衰落 频率相干性：频率选择性和平坦衰落 空间相干性： 大尺度衰落和小尺度衰落、移动衰落
20.09.2019
7
例子：两个具有不同多普勒频移的信号
y(t) Aa1 cos2f0t a2 cos2 f0 fd t ACtcos2f0t t
其中，
Ct a12 2a1a2 cos2fdt a22
t
tan1
SE ( f )
IFFT
-900
-fm
0
fm
-fm
fm
20.09.2019
15
正弦波叠加的仿真模型
r(t ) = rc(t ) + jrs(t )
邋 rc(t ) =
2
N
M +1
an cos(wnt )，rs(t ) =
n=1
2
N
M +1
bn cos(wnt )
n=1
N = 4M + 2，wd = 2pfd，且
5
链路预算
移动通信系统所处的信道环境 信道引起的问题及其解决方法--CDMA系统
信道问题的解决
20.09.2019
1
信道特点
信道建模 路径损耗 对数正态衰落 瑞利衰落
衰落的特性 时间相干性：快衰落和慢衰落 频率相干性：频率选择性和平坦衰落 空间相干性： 大尺度衰落和小尺度衰落、移动衰落
20.09.2019
7
例子：两个具有不同多普勒频移的信号
y(t) Aa1 cos2f0t a2 cos2 f0 fd t ACtcos2f0t t
其中，
Ct a12 2a1a2 cos2fdt a22
t
tan1
SE ( f )
IFFT
-900
-fm
0
fm
-fm
fm
20.09.2019
15
正弦波叠加的仿真模型
r(t ) = rc(t ) + jrs(t )
邋 rc(t ) =
2
N
M +1
an cos(wnt )，rs(t ) =
n=1
2
N
M +1
bn cos(wnt )
n=1
N = 4M + 2，wd = 2pfd，且
5
链路预算
第04讲-无线信道(2)
x2 1 f dB x exp 2 2 2 的线性尺度即满足对数正态分布：
20 lg y 2 20 / ln 10 f y exp 2 2 2 y
对数正态阴影的一阶统计特性由标准方差 决定。根据实际 测量， 的典型值为： 8dB（在室外的蜂窝系统中），5dB （在室内环境下）。
Lp 46.3 33.9 lg f 13.82lg h t ah r 44.9 6.55lg h t lg d CM
第04讲 无线信道(2)
无线通信工程
清华大学 微波与数字通信国家重点实验室
大尺度路径损耗的计算（续）
计算公式：
d L p d L p d 0 10k lg d dB dB, d d 0 0
其中： d0是近区参考距离，典型值为1km（宏小区）、100m （室外微小区）、1m（室内微微小区）；Lp(d0)的值取 决于工作频率、天线高度和增益以及传播环境。 K为路径损耗指数，典型值如表所示。 （dB)为服从对数正态分布的阴影损耗。
第04讲 无线信道(2) 无线通信工程
清华大学 微波与数字通信国家重点实验室
室外模型：Egli（艾格里）模型（续）
• Egli公式是以地形起伏和障碍物高度不超过15m为准的， 当超过15m应使用地形校正因子CT 。 • 对于900MHz频率，根据实际测量统计，其地形校正因子 的中值为27.5dB。 • 在北京地区，Egli修正公式为：
20 lg y 2 20 / ln 10 f y exp 2 2 2 y
对数正态阴影的一阶统计特性由标准方差 决定。根据实际 测量， 的典型值为： 8dB（在室外的蜂窝系统中），5dB （在室内环境下）。
Lp 46.3 33.9 lg f 13.82lg h t ah r 44.9 6.55lg h t lg d CM
第04讲 无线信道(2)
无线通信工程
清华大学 微波与数字通信国家重点实验室
大尺度路径损耗的计算（续）
计算公式：
d L p d L p d 0 10k lg d dB dB, d d 0 0
其中： d0是近区参考距离，典型值为1km（宏小区）、100m （室外微小区）、1m（室内微微小区）；Lp(d0)的值取 决于工作频率、天线高度和增益以及传播环境。 K为路径损耗指数，典型值如表所示。 （dB)为服从对数正态分布的阴影损耗。
第04讲 无线信道(2) 无线通信工程
清华大学 微波与数字通信国家重点实验室
室外模型：Egli（艾格里）模型（续）
• Egli公式是以地形起伏和障碍物高度不超过15m为准的， 当超过15m应使用地形校正因子CT 。 • 对于900MHz频率，根据实际测量统计，其地形校正因子 的中值为27.5dB。 • 在北京地区，Egli修正公式为：
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IFFT
-fm
0
fm
2
1、互相独立的复高斯 样本的线谱 2、负频率分量是其正 频率分量的共轭
SE ( f )
1.5
f m 1
f fc fm
fm是最大多普勒频移 fc是载频
2
gN
2
*
g* N
2
1
gN
2
1
gN
2
SE ( f )
-fm fm
IFFT
-900
a2 sin 2f 0 f 0 ; tan a a cos 2f 0 1 2
1
2018/10/9
11
2018/10/9
12
衰落信道描述
发射码元间隔
Ts
平坦慢衰落 平坦快衰落
Tcoh
频率选择性 慢衰落
频率选择性 快衰落
相干时间
1
2018/10/9
2
7
2018/10/9
8
信道物理机制：多径（1）
多径传播的时间扩散导致频率选择 性衰落 在时域上引入（基带）码间干扰 在频域上造成峰和谷
2018/10/9
9
信道物理机制：多径（2）
多径传播的空间方向上的扩散引起空间选择性 该选择性可用大尺度衰落和小尺度衰落共同描述 当收发机相对位移与载波波长可比时，称为小尺 度波动，用瑞利分布变量描述 当收发机相对位移大于多个载波波长时，称为大 尺度波动，用对数正态分布变量描述 对于移动无线信道，空间不相干性导致时间不相干 性，即小尺度衰落造成移动无线系统的时间选择性
2018/10/9
=
2 sin b n，n=1,2,...,M 2 sin b M + 1 ,n = M + 1
ì ï 2p n ï ,n = 1,2,...,M ï wd cos
N
ï î
wd ,n = M + 1
15
信道引起的问题
由于信道衰落造成信号失真，系统性能可 能达到不可减少的误比特率。此时，无论 多大的Eb/No都无助于性能改善，唯一的方 法是减少或消除失真 一旦减少了信号失真，误比特率性能就可 以转到瑞利界限曲线，从而可采用分集技 术和纠错码进一步改善衰落的影响，使性 能尽量达到AWGN系统
2018/10/9
4
链路预算
路径损耗 噪声系数／噪声温度 链路余量
2 骣 EIRP · G r 4 p d ÷ Pr = ,其中Ls = ç ÷ ç ç ÷ Ls 桫l ÷
SNR in F = SNR out F2 - 1 F3 - 1 F4 - 1 FN - 1 - 1 Fcomp = F1 + + + + ... + G1 G1G 2 G1G 2G 3 G1G 2 ... GN - 1 骣 骣 Eb 鼢 Eb 珑 鼢 M(dB)＝ 珑 （dB）－ （dB） 鼢 珑 鼢 珑 N0 N0 桫 桫
Tcoh
发射基带信号带宽
发射码元间隔
Ts
D 多普勒扩展
Bcoh
多径时延扩展 相干带宽
Bs
频率选择性 快衰落
频率选择性 慢衰落
Bcoh
平坦快衰落 平坦慢衰落
2018/10/9
D
Bs
发射基带信号带宽
13
基带频域Rayleigh衰落仿真
g* N
2
gN
2
*
1
gN
2
1
gN
2
SE ( f )
-fm fm
r req
2018/10/9
5
信道物理机制：多普勒扩展
收发机的相对运动导致信道的时变特性（多 普勒扩展） 从频域角度看，当信道衰落率大于码元速 率时信道成为快衰落信道，否则成为慢衰 落信道 从时间角度看，信道相关时间大于码元时 间时信道为慢衰落，否则称为快衰落）
2018/10/9
6
例子：两个具有不同多普勒频移的信号
2018/10/9 2
基站
移动台 距离
平均路径损耗
对数正态／大尺度衰落
大尺度衰落容限 6～10dB ≈1％～2％ 瑞利／小尺 度衰落 小尺度衰落容限 20～30dB
≈1％～2％
接收功率
2018/10/9 3
信道模型
移动无线信道可以用“路径损耗＋对数正态衰落＋ 多径/瑞利衰落”来表征 “路径损耗”问题在网络规划时解决，基带部分仅 解决“对数正态衰落、频率选择性和慢衰落”引起 的问题 移动无线系统的基带信道建模成权值为独立的瑞利 随机变量的FIR滤波器 最常用的信道仿真方法分为频域和时域
2018/10/9 16
2018/10/9
17
信道问题的一般解决方法
-fm
0
fm
2018/10/9
14
正弦波叠加的仿真模型
r(t ) = rc(t ) + jrs(t ) rc(t ) =
2
N
an cos(wnt ) ，rs(t ) = 邋 n
=1
M +1
2
M +1
N
bn cos(wnt )
n= 1
N = 4M + 2，wd = 2p fd，且
祆 镲 镲2 cos b n，n=1,2,...,M an = 眄 ，bn 镲 镲 镲 铑 2 cos b M + 1 ,n = M + 1 ì ï pn ï ,n = 1,2,...,M ï ï M bn = 镲 ，wn = 眄 镲 p 镲 ,n = M + 1 镲 ï 4 ï î
信道特点
信道建模 路径损耗 对数正态衰落 瑞利衰落 衰落的特性 时间相干性：快衰落和慢衰落 频率相干性：频率选择性和平坦衰落 空间相干性： 大尺度衰落和小尺度衰落、移动衰落
1
2018/10/9
信道ห้องสมุดไป่ตู้型
信源 发射机
路径损耗
大尺度／ 阴影衰落
多个独立径＋ （小尺度－移动－慢）衰落 信宿 接收机 AWGN
y (t ) Aa1 cos2f 0t a2 cos2 f 0 f d t
ACt cos2f 0t t 其中，
2
C t a1 2a1a2 cos2f d t a2 a2 sin 2f d t t tan a a cos 2f t d 1 2
2018/10/9
10
例子：两径信道
AB f 0 ; cos2f 0t f 0 ; 其中， B f 0 ; a1 2a1a2 cos2f 0 a2
2 2
y (t ) Aa1 cos2f 0t a2 cos2f 0 t