认知无线电技术在 ZigBee 中的应用研究

目前多种无线通信技术共享2.4GHz ISM 频段,它们之间的相互干扰以及频谱重叠现象已成为人们非常关注的一个问题.文中将认知无线电技术应用到 ZigBee 网络通信中,针对2.4GHz 频段,利用认知无线电的频谱感知功能,对信道状态进行检测,搜寻频谱空穴,并且对频谱进行长期感知和统计,使 ZigBee 用户选择最可能空闲的频段作为传输信道,同时提出了一个2.4GHz 无线环境感知模型.该方法提高了 ISM 频段的频谱利用率,并且减少了同频段其他多种无线通信技术对 ZigBee 产生的干扰,保证了 ZigBee 信号的有效传输     

认知无线电技术在煤矿井下的应用研究

针对现有煤矿井下无线通信系统载频和调制方式等参数固定、无法适应巷道信道模型变化而导致通信可靠性低的问题,提出了在煤矿井下无线通信系统中应用认知无线电技术的方案,即利用认知无线电技术感知通信系统所处巷道的频谱和信道模型,实时、自适应地调整载频、调制方式等传输参数的特点,从而优化煤矿井下无线通信网络的传输性能;综合分析了认知无线电在煤矿井下应用的可行性;最后给出了认知无线电在煤矿井下应用的实现模式。     

认知无线电频谱感知技术研究

随着无线通信技术的迅猛发展,频谱资源短缺的问题越来越严重,甚至可能成为未来制约无线通信技术发展的瓶颈。认知无线电技术通过对频谱资源的"二次利用",为缓解频谱资源紧缺开辟了一条新的路径。在认知无线电网络中,当认知用户感知到目标频段处于空闲状态时,可以接入该频段进行通信,一旦检测到主用户重新出现时,要及时做出避让,以免影响主用户的正常工作。由此可知,频谱感知技术是保证认知无线电技术得以实现的关键和前提。     

基于Matlab和通用软件无线电外设的频谱感知实现

为提高频谱资源的利用率,针对实际无线通信信道,搭建基于Matlab和通用软件无线电外设的无线通信系统平台,应用能量检测法对主用户信号进行频谱感知和可用频谱带宽估计,实现频谱检测并为次用户的频谱接入提供判断依据。实验结果表明,该方法能快速准确地实现无线电系统通信,并且在高信噪比和采样个数较多的情况下,能较好地检测频谱占用情况,满足认知无线电频谱感知的要求。     

基于遗传算法的全双工认知无线电网络信道分配策略研究

随着无线通信业务的不断增长和智能终端的日益多样化,无线频谱资源变得愈加紧缺,认知无线电作为一项能够有效解决频谱利用率过低的技术,近年来引起了学术界和工程界的广泛关注。在认知无线电网络中,次用户以合作频谱感知的方式智能判断主用户的工作状态,以便在授权频谱的空闲时段内接入并加以使用。将全双工通信技术引入到传统的认知无线电网络中,实现了频谱感知和数据传输的同步,既能确保数据传输的连续性,又能减少对主用户的干扰,对提升无线频谱利用率具有重要作用。对于多信道全双工认知无线电网络的信道分配,建立了次级网络吞吐量最大化模型,并通过惩罚函数法,将混合整数非线性规划问题转换成不带约束条件的非线性规划问题,提出了基于遗传算法的全双工认知无线电网络信道分配策略。仿真实验结果表明,该算法能在综合考虑算法复杂度和性能的情况下,完成信道分配并保证次级网络吞吐量的最大化。     

802.11n与ZigBee共存:子载波置零多输入多输出物理层模型

针对802.11n与ZigBee共享ISM频段造成的WiFi与ZigBee信道重叠,进而导致网络间相互干扰使得网络性能下降,以及当前载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA）可能导致的频谱资源利用率较低的问题,提出一个采用子载波置零技术的2×2非相干多输入多输出(MIMO）物理层模型。该模型中,为了避免共信道干扰,WiFi发送端在发送数据前首先对其当前使用的信道中可能存在的ZigBee信号进行检测,若检测到ZigBee信号则对已被占用的频谱对应的子载波置零,使用余下频谱不重叠子载波进行通信。接收端对发送端使用的子载波进行识别,并完成后续工作。通过使WiFi与ZigBee信号频谱分离来消除信号间干扰,解决两者共存问题,实现WiFi与ZigBee数据并行传输。在由GNURadio/USRP软件无线电设备和ZigBee节点搭建的实验床上进行的实验结果表明,采用子载波置零技术的2×2非相干MIMO可以获得全带宽发送状态下50%~70%的吞吐量,同时在数据并行传输过程中ZigBee的正确收包百分比达到90%以上。     

认知无线电网络中基于智能天线的空间频谱接入机会

认知无线电技术可以动态使用授权频段进行传输,因此如何有效利用这些频谱接入机会成为一个研究重点。本文研究在认知无线电网络中使用智能天线,使认知用户在时域上获得频谱接入能力外,还具有增强的空间复用能力。当前频段出现活跃授权用户时,认知用户可以优化天线波束模式,避免干扰授权用户同时保持在该频段上的传输。本文对波束调整的策略进行分析,并给出了使用这些策略时认知用户可以获得的空间共享概率。理论分析和仿真结果均表明,使用智能天线可以使认知用户获得更多的频谱接入机会,频段的利用率大幅提高。     

认知无线电系统中授权频段机会可用价值研究

认知无线电技术能利用暂时空闲的授权频段,被认为是解决当前无线电频谱资源稀缺的有效技术。为提高搜索授权频段的效率,提出了一种简单而有效的方法。此种方法,根据认知无线电系统业务模型确定可用授权频段的加权系数,联合授权频段的占用状况来计算授权频段的机会可用价值。授权信道的可用价值反映了信道为认知无线电系统提供空白频谱的能力。     

认知无线电网络中宽频谱的信号分离算法

在认知无线电网络中,认知用户随机接入宽带频谱进行数据传输,但是这样很容易受到恶意用户的干扰,这些恶意用户随意地接入共享频带进行信号传输,这些信号会干扰主用户和认知用户。为此,提出了一种基于压缩感知的信号分离方法。该方法可以很好地从宽带信号中分离出恶意用户信号。算法主要采用以下三个步骤：（1）所有认知用户采用压缩感知技术从宽带频谱中恢复各信号;（2）认知用户将分离的信号发送到融合中心,融合中心通过小波边缘检测的方法确定频谱边缘,并按照边缘特性将频谱分成若干频段;（3）融合中心根据具体特征对每个子频段进行信号分离。分析和仿真结果表明,这种新的基于压缩感知的宽频带信号分离方法能很好地从宽带信号中将含有恶意用户干扰的混合信号分离出来。     

认知无线电网络双天线多信道MAC协议

在认知无线电网络中,媒体接入控制(MAC)协议的主要功能包括信道感知、选择和接入控制,其中感知时间和传输时间的长度对网络的性能有着重要的影响。在动态无线网络环境下,如何合理分配感知时间和传输时间是个挑战性问题。提出了一种双天线多信道分布式认知无线电MAC（TM-MAC）协议,不需要在传输之前对信道进行感知。节点可以在其它节点传输数据的同时对频谱资源进行检测,然后利用空闲的频谱资源通信。建立了数学模型分析在饱和网络状况下MAC协议的吞吐量。仿真分析表明TM-MAC协议能够有效提高网络的吞吐量。     

认知增强型无线传感器节点设计

为了提高无线传感器节点及其网络的吞吐量和频谱利用率,从节点设计的角度,引入认知方法增强节点的频谱感知能力,设计了基于低功耗高速率处理器的多射频接口认知增强无线传感器节点.节点采用STR911系列的ARM9微处理器,具有4个射频接口,覆盖了ISM频段和ZigBee频段.实验结果表明,相比基于Atmega128处理器的节点,该节点具有更强的认知能力,吞吐量提高了68.41%,平均信道感知时延缩短了1.4782ms;相比于CSMA/CA方法,通信时延缩短了11.86%,链路层控制方案能够有效避免干扰对节点间通信的影响.     

料位控制测量的无线网络在NS2中的模拟

文中主要对料位控制测量无线网络ZigBee的星形拓扑在模拟软件NS2中的实现进行了研究。实现对ZigBee星形拓扑在模拟环境中的数据传输分析。并对ZigBee无线技术和NS2模拟软件各自做了介绍。最后,利用分析工具对NS2软件模拟结果文件进行分析。从而实现在2．4GHz频段上,对无线网络ZigBee的星形拓扑中各个网络参数的分析。模拟结果显示整个网络数据吞吐量和数据正确传输率满足要求,ZigBee无线网络星形拓扑可以应用于料位控制测量。     

基于MC13192的Zigbee系统设计

Zigbee技术并不是完全独有的、全新的标准，它的物理层、MAC层和数据链路层采用了IEEE802．15．4（无线个人区域网）协议标准，并在此基础上进行了完善和扩展。MC13192是飞思卡尔公司推出的，集工业、科研、医疗用途于一体的2．4GHz射频收发机，内含一个完整的802．15．4物理层调制解调器，该解调器符合IEEE802．15,4无线网络协议标准，并支持点对点、星型及网状的网络结构。     

基于CC2520的ZigBee／IEEE.802.15.4的收发器电路

采用CC2520构成的IEEE802.15.4无线收发电路,工作在2.4GHz ISM频段,接收灵敏度为-98dBm,可编程输出功率达＋5dBm,适应DSSS基带,支持IEEE802.154、ZigBee协议。介绍了CC2520的基本特性和由其构成的应用电路,以及射频电路部分的PCB设计。     

一种适用于物联网设备的自适应跳频方法

由于2.4 GHz频段的免授权性和开放性,新的无线系统在该频段内的自由接入必定会受到同频系统的干扰。针对上述问题,采用自适应跳频技术保证通信双方在通信中自动适应信道变化,实时避开频率集中被干扰的频点,提高通信的可靠性和抗干扰能力。首先介绍自适应跳频技术的2种相关算法,时间同步及信道评估算法,接着介绍基于CC2500的物联网设备的具体实现流程,并采用公共信道实现跳频信令的传输,在基于CC2500的物联网设备上做了具体实践,最后通过实验分析表明,该跳频算法具有一定的实用性和先进性。     

智能家居系统设计

利用stm32f103zet6处理器为系统控制核心,设计了一种智能家居控制系统。利用stm32单片机以及工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01构建家庭局域网。通过摄像头采集存储图像信息并利用GPRS网络以及Internet网络实时传送,实现了对家庭的远程监控,解决了防盗、防火以及防煤气泄漏等家居安全问题。同时系统用户界面能实时显示气象信息、安全警报信息、家居状态信息。整套系统利用太阳能充电电池与电网电源并联供电,节能环保。     

A cross-layer protocol of spectrum mobility and handover in cognitive LTE networks

Cognitive radio technique is the next step toward efficient wireless bandwidth utilization. While some of the spectrum bands (unlicensed band) have been increasingly used, most of the other spectrum resources (licensed band) are underutilized. This drives the challenges of open spectrum and dynamic spectrum access concepts, which allows unlicensed users (or called secondary users, SUs) equipped with cognitive radios to opportunistically access the spectrum not used by licensed users (or called primary users, PUs). Most existing results mainly focus on designing the lower-layer cognitive radio problems. In the literature, this is the first result to investigate the higher-layer solution for cognitive radio networks. In this paper, we present a cross-layer protocol of spectrum mobility (layer-2) and handover (layer-3) in cognitive LTE networks. With the consideration of the Poisson distribution model of spectrum resources, a cross-layer handoff protocol with the minimum expected transmission time is developed in cognitive LTE networks. Performance analysis of the proposed handoff protocol is investigated. Finally, simulation results illustrates the proposed handoff protocol significantly reduces the expected transmission time and the spectrum mobility ratio.     

基于Cypress PRoC的多通道无线收发器设计与实现

研究了基于PRoC工作于2.4GHzISM频段的多通道收发器的软硬件体系设计。通讯协议中,采用Kiss Bind技术,全自动实现发送端和接收端的绑定和连接,达到PRoC有线至无线的无缝转换。采用通道和伪随机噪声码配对的通讯方式,实现了上百个Wireless USB设备在同一空间中正常工作。     

智能家居远程监控系统的研究与设计

智能家居是未来家居的发展趋势,针对智能家居广泛的应用前景,设计了一种智能家居远程监控系统,提出了使用波段为2.4GHz的ZigBee无线技术构建家庭局域网的方案,采用了32位的ARM处理器,扩展64M Flash存储器,利用嵌入式Internet技术,通过远程PC机上的IE浏览器登录到嵌入式Web服务器的监控页面,实现对家电信息工作状态的查询和控制;在实验室环境下,通过模拟对热水器和空调的监控,对整体系统进行了性能测试;结果表明,系统运行稳定,实时性好,性价比高,具有一定的实用价值。