苹果园中2.4GHz无线信道在不同高度的传播特性

为解决苹果园中无线传感器网络的规划和部署问题,该文研究了苹果成熟时苹果园中2.4GHz无线信道在不同高度的信号衰减和丢包率情况。通过实地试验测量了沿着一列果树由距离地面高度0.50m主干处至3.00m处冠层顶部9个高度下各10个距离点的接收信号强度和丢包率,并对试验数据进行回归分析。研究表明:在不同高度层,2.4GHz信号衰减均符合对数路径损耗模型,模拟的相关系数在0.915～0.983之间;高度1.00～2.25m之间信号衰减均较快。高度大于2.25m时,衰减速度随着高度的增加递减,在冠层顶部高3m处达到最小值。因此,苹果园中天线最宜部署在高约3.00m处的冠层顶部或略高于此,其次为高度大于2.25m的冠层上部且较高的位置。同时,建立了用于预测2.4GHz信号在成熟期果园中的信号衰减模型并用额外的数据进行了验证。结果表明:该模型能较好地预测不同高度处不同传输距离点的接收信号强度,为苹果园中无线传感器网络的应用提供了技术支持。

西红柿温室内无线传感器网络2.4GHz信道传播特性

针对西红柿温室环境中无线传感器网络节点部署的要求及其应用环境的特性,以2.4 GHz为载波频率,研究了无线射频信号传播特性和通信距离、天线高度、传输路径等影响因素间的关系。结果表明,无线传感器网络信号在西红柿温室中的衰减符合对数模型;当天线高度固定时,接收信号强度随通信距离的增加总体呈递减趋势,丢包率随通信距离的增加总体呈递增趋势;西红柿温室中天线最宜部署在日光温室中央一列的位置,且西红柿顶部略高于它的位置为放置天线高度的首选,其次为西红柿顶部距地面1.5 m以上的部分,越接近西红柿顶部越好;在上述试验研究的基础上,建立了天线高度、通信距离和接收信号强度之间的关系模型,模型参数A与天线高度、衰减系数n与天线高度之间均呈二次多项式关系。验证试验结果表明:该模型可以较好地预测不同天线高度不同通信距离的接收信号强度,为西红柿温室无线传感器网络的部署提供技术支持。

麦田环境2.4GHz无线信道路径损耗建模方法分析

针对麦田环境无线传感器网络(WSN)应用需求,开展了4种无线信道路径损耗建模方法研究及适用性分析。首先利用WSN节点进行2.4 GHz无线信号的麦田实地测试,得到不同传播距离上的路径损耗变化趋势;然后分析了自由空间模型、双射线模型理论计算路径损耗与实测路径损耗差异,同时提出改进的双折线对数距离模型,并采用单折线和改进后的双折线对数距离模型对实测路径损耗运用最小二乘法进行回归分析建模。结果表明:自由空间模型和双射线模型所计算路径损耗与实测路径损耗存在较大差异,无法直接用于麦田环境路径损耗建模;单折线和改进后的双折线对数距离模型的回归分析拟合度分别为0.879和0.943,回归剩余标准差分别为3.242和2.229,均适用于麦田无线信道路径损耗建模,且改进后的双折线对数距离模型较单折线对数距离模型建模精度更高。

2.4GHz收发系统射频前端的ADS设计与仿真

针对无线移动通信环境中的应用,使用ADS软件设计了一种2.4 GHz收发系统的射频前端,射频前端中的关键模块均根据实际的集成射频模块的参数设计。使用ADS软件对设计的射频前端进行预算仿真、S参数仿真、大信号S参数仿真、谐波平衡仿真等。由仿真可以得出射频发送端的总增益为17.783 dB,效率为16%。接收端的灵敏度为-92.08 dBm,带宽为6 MHz。仿真结果表明,设计的射频前端符合实际的无线移动通信环境的要求。

2.4GHz网络信道估计与识别

在2.4GHz网络中,由于wifi、zigbee和bluetooth这3种系统工作在同一频段,致使它们通信时会出现干扰.为区分出不同系统的信号,基于盲源分离理论,介绍了线性主成分方法(PCA)、递推最小二乘算法(RLS)和2.4GHz系统,推导了RLS型算法和信号识别公式,采用Matlab仿真,结合以前改进的RSL算法和信号识别方法,提出一种改进的RLS算法.经过分析,证明该改进的算法可以从混迭信号中有效地分离出各源信号,特别是使这3个系统的不同信号分离,确定每个信号的所属系统及所占信道.

柿园无线传感器网络信号传输损耗研究

为探究柿园无线传感器网络信号传输特性,该文研究了在2.4 GHz无线信道下柿树处于萌芽期、幼叶期和花期3种时期时无线网络信号传输的衰减情况。试验中分别在柿子树萌芽期、幼叶期和花期3个生长时期下选择一列长势均匀的柿树,通过调节子节点和汇聚节点装置的高度和距离测量柿子树从距离地面3个高度冠层底部(0.8 m)、冠层最密部(1.8 m)和冠层顶部(2.8 m)处各8个距离点的链路质量指示值(link quality indicator,LQI),并对试验数据进行分析。结果表明LQI值随着距离的变化呈正弦曲线式衰减趋势。萌芽期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部时,节点间距38 m时是最佳位置;幼叶期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部,节点间距32 m时是最佳位置;花期时子节点和汇聚节点的高度均位于冠层顶部时,节点间距26 m时是最佳位置。通过对3次数据进行曲线拟合分析分别建立了在2.4 GHz信道下信号衰减模型,其中3种生长时期下均是三次多项式模型决定系数R2最大,为最适模型。果园中无线传感器网络信号传输损耗的研究为在果园中无线传感器网络节点部署提供了技术基础。

一种基于电梯监测的无线射频收发装置设计

传统电梯运行数据的采集和监测采用有线方式,成本高、安装、维护困难,为实现电梯监测系统中轿厢与数据服务器之间的无线数据的可靠传输,文中提供一种2.4 GHz有源射频无线收发装置系统设计方案。该系统硬件电路以NRF24L01+为核心,由功放和低噪放一体电路、滤波器、天线、抗干扰等电路组成,设计有发射和监听两种模式。系统软件按应用层、OS层和硬件层进行系统架构设计和程序设计。产品经过测试和小批量应用表明该设计方案抗干扰能力强、功耗低、无线传输距离远、性能稳定可靠、可制造性良好。

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。

2.4 GHz无线信号在丘陵地区铁路沿线中的衰减模型

为解决在丘陵地区路堤式铁路沿线环境中无线传感器网络的规划和部署问题,研究了2.4 GHz无线信道在丘陵地区路堤式铁路沿线的传播特性。实地测量表明:在不同高度层,信号衰减特性基本符合对数路径损耗模型。随着收发节点间距离的增加,接收信号强度值呈递减趋势,丢包率呈递增趋势。由于铁路的特殊环境,地面的信号机等轨旁设备会使接收信号强度值产生小幅度波动,接触网周围的强电磁场会严重干扰节点的接收信号强度与丢包率。通过以收发节点的距离、收发节点天线高度和接收信号强度之间的关系拟合建立预测信号衰减模型。结果表明:该模型能较好地预测在丘陵地区路堤式铁路沿线环境下的无线信号传播特性,为丘陵地区路堤式铁路布置无线传感器网络提供技术支持。

废墟环境2.4 GHz无线信道测量与时延扩展研究

利用手机WiFi信号对震后被困人员进行定位是灾后搜救的重要手段之一,但定位精度依赖废墟环境无线信道模型的精确性,目前国内尚缺乏废墟环境下WiFi信号传播的信道模型。相对于典型通信环境,震后废墟中信号传播环境更为复杂,多径效应更为明显,将会严重影响信道的时延扩展。在对北川灾后废墟环境下2.4 GHz WiFi通信频段信道进行频域测量的基础上,对数据进行预处理,并计算平均附加时延和RMS时延扩展参数。基于概率密度函数分析了均方根(root mean square,RMS)时延扩展的分布规律,并根据Kolmogorov-Smirnov,Chi-square和Anderson-Darling 3种法则进行拟合优度检验,得出RMS时延扩展服从正态分布。进一步分析得出平均附加时延和RMS时延扩展呈线性关系,实测得到的信道时延扩展参数可为基于手机WiFi定位的灾后人员搜救系统的设计提供有效参考。

2.4 GHz无线局域网设备传导杂散的影响因素分析

本文介绍了2.4 GHz无线局域网设备在射频性能方面的测试,阐述了传导杂散发射项目的定义及原理,说明了传导法中的直接测量方法,并通过分析杂散发射在测试过程中影响因素的原理及试验结果,来判断这些因素对杂散发射项目测试结果的影响程度。此研究主要为杂散区域无用信号功率值的测试影响提供参考。