2019-12-15 22:01:15 Jmilk 阅读数 245

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法拉第的电磁感应定律

法拉第发现了电磁感应现象,继而提出了电磁感应定律。

电磁感应现象:是指闭合电路的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动,导体中就会产生电流的现象。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象,产生的电流叫做感应电流,产生的电动势(电压)称为感应电动势。

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电磁感应定律:是电磁学中的一条基本定律,跟变压器、电感元件及多种发电机的运作有密切关系。定律指出:任何封闭电路中感应电动势的大小等于穿过这一电路磁通量的变化率

麦克斯韦的电磁波

法拉第的电磁感应定律最初是一条基于观察的实验定律,由于法拉第的数学研究偏弱(相对而言),所以一直没能够使用数学对电磁感应定律进行解释。直到麦克斯韦读到了法拉第的《电学实验研究》。

1855 年,麦克斯韦发表了论文《论法拉第的力线》,法拉第如获至宝,立刻寻找这位年轻人,这一找就是五年。两人相遇后又过了五年,麦克斯韦推导出了最优美的麦克斯韦方程组。再两年后,法拉第与世长辞,不过法拉第了无遗憾,因为他看到了历史上最优美的方程 —— 麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组,是麦克斯韦在 19 世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。麦克斯韦方程组由四个方程组成,分别是描述电荷如何产生电场的高斯定律、表明磁单极子不存在的高斯磁定律、解释时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律,以及说明电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律。
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牛顿统一了天和地(力),而麦克斯韦统一了电和磁,把所有的电磁现象都用方程组完美的描述,并在 1862 年预言了电磁波的存在,还给出了电磁波的速度就是光速,这意味着光也是一种波。后来,由赫兹通过实验证实了电磁波的存在。麦克斯韦的《电磁学通论》与牛顿的《自然哲学的数学原理》还有达尔文的《物种起源》齐名。

赫兹的电磁波证明

电磁波:是指同相振荡且互相垂直的电场与磁场,在空间中以波的形式传递能量和动量,其传播方向垂直于电场与磁场的振荡方向。电磁波不需要依靠介质进行传播,在真空中其传播速度为光速。电磁波可按照频率分类,从低频率到高频率,主要包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。人眼可接收到的电磁波,波长大约在 380 至 780nm 之间,称为可见光。

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第一个证明电磁波存在的是德国物理学家赫兹。1888 年 2 月,他用自己设计的仪器完成了这一轰动科技界的实验。

赫兹很早就被麦克斯韦的《电磁学通论》所吸引,并多次研读这一巨著。麦克斯韦在书中说到:“电磁场的变化也会像水波一样向四面八方扩散出去,这个扩散出去的电磁场我把它叫做 —— 电磁波。虽然我现在还无法用实验的方法证明它的存在,但我坚信它一定存在”。显然,赫兹也坚信着电磁波的存在。

赫兹首先要做的,就是制造电磁波,并且找到可以产生迅速变化的电磁场的办法。1886 年,29 岁的赫兹在做放电实验时,偶然发现身边的一个线圈两端发出电火花,赫兹意识到,这个跳动的小火花可能正是可以产生变化的电场和磁场 —— 火花隙放电。

赫兹的实验装置很简单:两块锌板,每块都连着一根端上装着铜球的铜棒,两个铜球离得很近。两根铜棒分别与高压感应圈的两个电极相连,这就是电磁波发生器;此外,赫兹还制作了一个十分简单而又非常有效的电磁波探测器 —— 谐振环。就是把一根粗铜丝弯成环状,环的两端各连一个金属小球,球间距离可以调整。

开始实验时,赫兹把门窗遮得严严实实,不让一丝光线射进来。当他合上电源开关时,电磁波发射器的两个铜球间闪出耀眼的火花,发出劈劈啪啪的响声。但这并不是赫兹要观察的目标。他紧张地调节着电磁波探测器的螺丝,让两个铜球越靠越近。突然,两个铜球的空隙也跳跃着微弱的电火花。这就是电磁波!

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以现在的话来说,赫兹实践的就是一个 LC 震荡电路。发射端由电磁震荡发出的电磁波,接收端通过电磁共振来接受电磁波。从此,人们对电磁波的研究从理论转向实践,人们开始研究如何使用电磁波来进行通信,即无线通信

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此外。赫兹还有一个重大发现,就是光电效应,证明了电磁波与光一样,可以发生反射、折射,其速度与光速一样,为 30 万千米每秒。后来爱因斯坦解释了光电效应,获得了诺贝尔奖,顺便还提出了波粒二象性。

特斯拉的无线电

无线电:又称无线电波、射频电波、电波,或射频,是指在自由空间(包括空气和真空)传播的电磁波。在电磁波谱上,其波长长于红外线光(IR)。频率范围为 300 GHz 以下,其对应的波长范围为 1 毫米以上。就像其他电磁波一样,无线电波以光速前进。经由闪电或天文物体,可以产生自然的无线电波。由人工产生的无线电波,被应用在无线通讯、广播、雷达、通讯卫星、导航系统、电脑网络等应用上。

无线电到底由谁最先发明?自 1896 马可尼在英国申请了自己无线电的商业专利(专利号 12039)开始,多少年来,前后有过许多人声称自己首先发明了无线电,结果把事情弄得面目全非。在这些人当中,除了马可尼以外,比较知名的有洛奇、普平、爱迪生、费先登、斯拉比、布朗、汤姆孙和斯图恩等国际名家。这种混乱现象一直到 1943 年才正式得到美国最高法院澄清 —— 1943 年 6 月 21 日,就在特斯拉去世后不久,美国最高法院推翻了承认马可尼发明权的原判,美国最高法院裁定:尼古拉.特斯拉提出的基本无线电专利早于其他竞争者,无线电专利发明人是尼古拉.特斯拉。这场无线电大战正如当年牛顿与莱布尼茨关于微积分的发现,这多年之间同样有着许多耐人寻味的故事,我们暂且不作展开。

为纪念无线电发明的主题的邮票,左上为特斯拉,中上为波波夫,左下为马可尼。可以说,如果没有无线电这一通讯的基石,今天就不会有如此繁荣的移动互联网。

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波波夫的无线电发射天线

天线:就是一个接受和发射无线电的装置,本质是一种变换器,它把传输线上传播的导行波,变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波,或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统,凡是利用电磁波来传递信息的,都依靠天线来进行工作。此外,在用电磁波传送能量方面,非信号的能量辐射也需要天线

每年 5 月 7 日是苏联物理学界一年一度的 “无线电节”,因为在 1895 年 5 月 7 日,波波夫设计了世界上第一台无线电接收机,他第一次在接收机上使用了天线,这也是世界上的第一根天线。波波夫为无线电的运用奠定了基础。当天,波波夫演示了在相距 245 米的大楼之间通过以摩斯代码发送 “Heinrich Hertz” 实现无线信号传送。

这台无线电接收机的核心部分用的是改进了的金属屑检波器,波波夫采用电铃作终端显示,电铃的小锤可以把检波器里的金属屑震松。电铃用一个电磁继电器带动,当金属屑检波器检测到电磁波时,继电器接通电源,电铃就响起来。
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有一次,波波夫在实验中发现,接收机检测电波的距离突然比往常增大了许多。波波夫反复检查却一直找不出原因,一天,波波夫无意之中发现一根导线搭在金属屑检波器上。他把导线拿开,电铃便不响了;他把实验距离缩小到原来那么近,电铃又响了起来。波波夫喜出望外,连忙把导线接到金属屑检波器的一头,并把检波器的另一头接上。经过再次试验,结果表明使用天线后,信号传递距离剧增。无线电天线由此而问世。

用今天的话来说,天线可以增大无线电波的传输距离的原因是:固有频率越小,电磁波的信号越容易传播

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无线电通信的原理

无线信号的调制

首先我们需要了解,从无线电发射装置发射出来的信号一般是高频信号,因为低频信号是传不远的。而语音信号的频率一般为:20Hz ~ 20kHz,属于低频信号。所以,使用无线电来传输数据时,首先要将低频信号(内容)变成高频信号(快递),这个过程就称之为调制。最常见的调制方式为:AM(幅度调制)和 FM(频率调制)。

在无线传输中,信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。为了获得较高的辐射效率,天线的尺寸一般应大于发射信号波长的四分之一。然而,基带信号包含的较低频率分量的波长较长(低频波长),致使天线的尺寸过长而难以实现。由此,通过调制,把基带信号的频谱搬至较高的载波频率上(高频波短),可以大大减少辐射天线的尺寸。另外,调制可以把多个基带信号分别搬移到不同的载频处,以实现信道的多路复用,提高信道利用率。最后,调制可以扩展信号带宽,提高系统抗干扰、抗衰落能力,提高传输的信噪比。信噪比的提高是以牺牲传输的带宽为代价的。因此,在通信系统中,选择合适的调制方式是关键。

简而言之,调制信号目的有三点

  1. 便于无线发射,减少天线尺寸
  2. 频分复用,提高通信容量
  3. 提高信号抗干扰能力

为了充分利用信道容量,满足用户的不同需求,通信信号采用了不同的调制方式。随着电子技术的快速发展,以及用户对信息传输要求的不断提高,通信信号的调制方式经历了由模拟到数字,由简单到复杂的发展过程。

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无线信号的发射(谐振感应耦合)

谐振感应耦合,是当松散耦合的线圈之间的次级侧发生谐振时耦合由松散状况转为强化状态的现象。最基本的谐振感应耦合由初级侧驱动线圈和次级侧谐振电路组成。在这种情况下,由初级侧观察次级侧的谐振状态时,可发现为一对的两个谐振频率,其中的一个称为反谐振频率(并联谐振频率 1),另一个称为谐振频率(串联谐振频率 1’)。次级线圈由短路电感和谐振电容组合为谐振电路。以次级侧的谐振频率(串联谐振频率)驱动初级侧线圈时,初级侧与次级侧线圈的磁场达到相位同步。结果因互磁通增加,在次级线圈得以产生最高电压,并且初级线圈的铜损降低,发热减少,效率相对提高。谐振感应耦合广泛应用于谐振变压器,无线供电和 JR 磁浮的车上供电。

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通过谐振感应耦合来发射无线电的方式称为 —— 磁耦合谐振式无线电能传输,是众多无线电能传输技术中的一种,但因其传输距离远、效率高、功率大,潜在的实用价值高,近年来(2015年)受到各国学者和爱好者关注。

**无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)**是通过发射器将电能转化为其它形式的中继能量,如电磁场能、激光、微波及机械波等,隔空传输一段距离后,再通过接收器将中继能量转换为电能,实现电能无线传输。根据能量传输过程中,中继能量形式的不同,可分为磁(场)耦合式、电(场)耦合式、电磁辐射式和机械波耦合(超声波耦合)式。因传输功率大、效率高,磁耦合式无线电能传输应用较其它方式更为广泛。

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无线信号的传播方式

无线传输(Wireless transmission)是指利用无线技术进行数据传输的一种方式。无线传输和有线传输是对应的。随着无线技术的日益发展,无线传输技术应用越来越被各行各业所接受。常见的,有以下几类无线传输技术:

  • GPRS/CDMA/OFDM 无线通信技术
  • 数传电台通信
  • 扩频微波通信
  • 无线网桥
  • 卫星通信
  • 短波通信

这里我们主要展开一下应用于移动通信网络中的 GPRS/CDMA/OFDM 无线通信技术。

GPRS(通用无线分组业务)

GPRS 是由中国移动开发运营的一种基于 GSM 通信系统的无线分组交换技术,是介于第二代和第三代之间的技术,通常称为 2.5G。GPRS 是实现的是分组交换(Packet Switch)的概念,将数据封装成许多独立的包(Packet),再将这些包一个一个传送出去,形式上有点类似寄包裹,其优势在于有数据需要传送时才会占用频宽,而且是以数据量计价,有效的提高网络的利用率。相比原来的 GSM 的电路交换数据传送方式,GPRS 能够同时支持电路交换数据和分组交换数据,从而 GPRS 能够方便的和因特网互相连接。

CDMA(码分多址)

CDMA 由中国电信运行的一种基于码分技术和多址技术的新的无线通信系统,其原理基于扩频技术。

码分多址是指利用码序列相关性实现的多址通信,其基本思想是靠不同的地址码来区分的地址。每个配有不同的地址码,用户所发射的载波(为同一载波)既受基带数字信号调制,又受地址码调制,接收时,只有确知其配给地址码的接收机,才能解调出相应的基带信号,而其他接收机因地址码不同,无法解调出信号。划分是根据码型结构不同来实现和识别的。一般选择伪随机码(PN 码)作地址码。由于 PN 码的码元宽度远小于 PCM 信号码元宽度(通常为整数倍),这就使得加了伪随机码的信号频谱远大于原基带信号的频谱,因此,码分多址也称为扩频多址。

码分多址的特点是:网内所有用户使用同一载波、占用相同的带宽、各个用户可以同时发送或接收信号。码分多址通信系统中各用户发射的信号共同使用整个频带,发射时间又是任意的,各用户的发射信号在时间上、频率上都可能互相重叠。因此,采用传统的滤波器或选通门是不能分离信号的,这样对某用户发送的信号,只有与其相匹配的接收机,通过相关检测器才可能正确接收。

根据最新的消息,中国电信已明确要求从 2020 年起,所有 5G 终端不允许存在 CDMA 频段和制式,同时要求不允许存在 VoLTE 开关。这就意味着,5G 时代,CDMA 将彻底离开我们。

OFDM(正交频分复用)

OFDM 由 MCM(Multi Carrier Modulation,多载波调制)发展而来,是多载波传输方案的实现方式之一,通过频分复用实现高速串行数据的并行传输,它具有较好的抗多径衰弱的能力,能够支持多用户接入。它的调制和解调是分别基于快速傅利叶变换(IFFT/FFT)来实现的,是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。

在通信系统中,信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽要宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的,为了能够充分利用信道的带宽,就可以采用频分复用的方法。OFDM 的思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道上可以看成平坦性衰落,从而可以消除码间串扰,而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分,信道均衡变得相对容易。

无线信号的接受(调谐)

谐振频率:指的是在含有电容和电感的电路中,如果电容和电感并联,可能出现于某个很小的时间段内:电容的电压逐渐升高,而电流却逐渐减少;电感的电流却逐渐增加,电感的电压却逐渐降低。而在另一个很小的时间段内:电容的电压逐渐降低,而电流却逐渐增加;电感的电流却逐渐减少,电感的电压却逐渐升高。电压的增加可以达到一个正的最大值,电压的降低也可达到一个负的最大值,同样电流的方向在这个过程中也会发生正负方向的变化,称为电路发生电的振荡。当谐振电路外部输入电压的正弦频率达到某一特定频率(即该电路的谐振频率)时,谐振电路的感抗与容抗相等,Z=R,谐振电路对外呈纯电阻性质,即为谐振。发生谐振时,谐振电路将输入放大 Q 倍,Q 为品质因数。

无线信号接收器在接收到电磁波之后就会激起感应电流,而且感应电流的大小与电磁波的频率是有关系的,只有那些和接收装置的固有频率一致的电磁波激起的感应电流才会最大的。那么,通过调节接收装置的固有频率就可以实现接收不同频率的电磁波了,这个调节的过程,我们称之为调谐

在无线接收电路中有一个重要的模块就是 “调谐器”,电磁波接收下来的功率还太小,不能直接放大,否则噪声会大大盖过信号本身,所以必须要经过 “调谐” 这个过程。调谐就是调节接收电路中的振荡器的频率,使之与要接收的频率的电磁波的频率一致,从而发生谐振,以便把一定频率的电磁波选出来

通常情况下一个系统只会接收一定频率范围内的电磁波,所以这个系统的所有组件都是根据这个频率设计的。高频滤波器、PA/LNA、天线设计所以这个系统的所有组件都是根据这个频率设计的。高频滤波器、PA/LNA、天线设计,为了保证平均性能最佳,一般会把天线匹配到中间的 6 频道。

用软件来接收和处理无线电信号的技术叫做 SDR,但并不是把所有的频率都接受下来然后滤波,而是通过软件进行调谐,在一个相对较广的范围内(例如几十 MHz 到几 GHz)接收电磁波。为了接收特定的频率,有时也要更换对应的天线。

无线信号的解调

需要注意的是,在通过无线信号接收器接收到电磁波之后,只是接收到了 “快递” 而已。与无线信号发射时候的调制相反,无线信号接收时需要解调,将高频信号(快递)解调为低频信号(语音、图像)。

2017-09-14 19:05:53 qq_34303101 阅读数 4499

第一章 概述

移动通信:指通信双方至少有一方在移动进行信息传输和交换。

特点:    (1)必须使用无线电波进行信息传播

  (2)复杂的干扰环境

          (3)可以利用的频谱资源非常有限

          (4)系统的网络结构多样

          (5)通信设备必须适于在移动环境中使用

分类:          1、按对象分类  分为军用和民用

2、按使用环境分类  分为陆地通信、海上通信、空中通信

3、按多址方式分类  可分为FDMA/TDMA/CDMA(码分多址)

4、按覆盖范围分类  可分为广域网和局域网

5、按业务类型分类  可分为电话网、数据网、多媒体网

6、按工作方式分类  可分为单工、(同频、异频)、半双工、异频双工

7、按服务范围分类  可分为专用网和公用网

8、按信号形式分类  可分为模拟网和数字网

通信工作方式类别

单工:点对点通信  可分为同频异频

同频:占用一个频点   缺点是只能接收或发送

异频:与同频一样 但是收发频率不同

双工::频分和时分

FDD: 同相异频

TDD:同频异相  (时隙较短)

半双工:发送方只有开始对讲才发送,而接收机总是工作的

数字通信系统的主要优点

1、频谱利用率高,有利于提高系统容量

2、能提供多种业务服务、提高通信系统的通用性

3、抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强

4、实现更有效、灵活的网络管理和控制

5、安全保密

6、降低设备成本以及减小用户手机的体积和重量 


常见的移动通信系统

1、无线电寻呼系统:单向

2、蜂窝移动通信:早期采用大区制 及在其覆盖区域中心设置大功率的发射机,采用高架天线把信号发送到整个覆盖区。主要矛盾是同时提供给用户的信道有限,满足不了移动通信的发展。

而现代移动通信系统基于小区制无线覆盖,形成蜂窝移动通信系统。它主要是把整个服务区划分为若干个较小的区域,各区域用小功率的发射机进行覆盖,许多小区像蜂窝一样布满任意形状的服务区。

区群:若干相邻的小区按一定的数目划分


蜂窝结构是为解决所有未来的频谱分配的匮乏而提出的一种强有力的系统概念。其核心思想是通过频率空间再用突破频率限制,借助复用和小区分裂,制造无线频谱的一种“反应堆”,允许通过适当的频谱分配产生真正的无限容量(理论上)。


集群移动通信系统(频率公用技术  半双工)

按通信占用频道的方式,可分为消息集群、传输集群、准传输集群

移动通信基本技术

调制技术:1、线性调制

  2、非线性指数调制

多址方式(解决如何共享给定频谱资源的问题):固定多址、随机多址、两者的混合多址方式。

抗干扰技术:①利用信道编码进行检错和纠错 (前向纠错FEC和自动请求重传ARQ及其两者的结合HARQ)     ②广泛采用分集技术、自适应均衡技术和选用具有抗码间干扰和时延扩展能力的调制技术,克服多径衰落。

            ③为提高系统的综合抗干扰能力而采用扩频技术。

            ④为减少共干扰而采用扇区天线、多波束天线和自适应天线阵。





 







2019-07-03 16:48:48 weixin_42776111 阅读数 1850

无线传感器网络技术原理及应用 知识点

1.无线传感器与自组网的区别

  1. 传感器网络是集成了监测控制以及无线通信的网络系统,节点数目更为庞大(上千甚至上万),节点分布更为密集

  2. 由于环境的影响和能量的消耗,节点更易出现故障,环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化,通常情况下,大多数传感器节点是固定不变的

  3. 传感器节点具有的能量处理能力存储能力通信能力都是十分有限的,传统网络的首要设计是提供高服务质量和高效的带宽利用,其次才是考虑能源;而传感器网络的首要目标是能源的高效利用,这也是传感器网络和传统网络的重要区别之一。

2. 无线传感器网络的特点

  1. 自组织性

  2. 以数据为中心

  3. 应用相关性

  4. 动态性

  5. 网络规模大

  6. 可靠性

3. 网络传感器的性能指标有哪些

  1. 网络的工作寿命

  2. 网络的覆盖范围

  3. 网络的搭建成本难易程度

  4. 网络的响应时间

4. 传感器的漂移、重复和迟滞

 重复性 是指在同一工作条件下,出入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特征曲线的不一致性,在数值上用各种测量值正反行程标准偏差最大值的两倍或者三倍满量程yes的百分比来表示。

  

漂移 由于传感器内部匀速或外界干扰,传感器的输出变化称为漂移。当输入状态为零时的漂移称为零点漂移。传感器无输入(或某一输入值不变)时,每隔一段时间进行读数,其输出偏离零值(或原指示值)。在其他因素不变的情况下,输出随着时间的变化产生的漂移成为时间漂移。随着温度变化产生的漂移成为温度漂移。它表示温度变化时,传感器输出值的偏离程度。一般以温度变化1℃时,输出的最大偏移差与满量程的百分比表示。

迟滞 是指在相同的工作条件下做全測量范围校准时,在同一次校准中对应输入同一输入量的正行程和反行程间的最大偏差

5. 无线射频电路设计中,需要烤炉哪些问题

  1. 天线设计

  2. 阻抗匹配

  3. 电测兼容

6. 天线的种类有哪些

  1. 内置天线

  2. 导线天线

  3. 外置天线

7. 电源模块中,电池的主要性能指标包括哪些

  1. 标称电压

  2. 内阻

  3. 容量

  4. 放电终止电压

  5. 自放电

  6. 使用温度

8. 画出传感器节点的设计流程图

  

9. 画出节点电路板调试流程图

  

10. 传感器节点S使用分布的算法设计方案(P80)

 

11. 分布式贪婪算法执行时间 (P83)

 

12. 无限传感器网络的能耗指标有哪些 (P85)

 

13. 从源点到汇聚节点的可能路径 (P145)

 

14. 开放式系统互联网络参考模型(OSI)的层次结构示意图 (P93)

   

15. 无限传感器网络的网络层设计原则 (P103)

  1. 能量有效性是必须要考虑的关键问题。

  2. 多数传感器网络以数据为中心

  3. 理想的无线传感器网络采用基于属性的寻址方式位置感知的方式。

  4. 数据聚集仅在不妨碍无线传感器节点的协作效应时是有效的。

  5. 路由协议易于与其它网络(例如 Internet)相结合。

16. 在已知地理位置信息的前提下,使用三角法检测传感器节点故障的检测过程(P235)

 

17. 在未知地理位置信息的前提下,请阐述常用的三种检测策略,并写出详细的步骤 (P236)

 

18. 简述ToA的测距原理

 

19. 简述AoA的测角过程

 

20. 一个使用zigbee技术的智能家居体系架构应包含哪些部分

21. 画出只能家具系统中协调器的工作流程图(P384)

   

22. 画出智能家居系统中路由器的工作流程图 (P385)

  

23. Linux下串口编程基本流程 (P405)

   

24. 车载信息服务系统的整体架构图以及各个模块的作用。

  处理器模块 : 这是整个系统最为核心的部分,要求具备较强的处理能力和计算能力。主要包括CPU、 SDRAM 、NAND Flash。

  音频处理模块 : 这部分主要负责语音输的输入和输出。在语音控制或者录制的过程中,可以对语音信号进行采集,同时可以通过外界车载音响等实现音乐播放等功能。

  电源管理模块 : 作为移动设备对电源的管理是至关重要的,尤其是在停车过程中和汽车共用电瓶电源时,否则可能造成汽车启动故障。

  网络模块和GPS模块 : 通过3G模块可以实现随时随地的获取信息资讯和一些网络服务。通过GPS模块可以实现车辆定位与导航,并根据汽车位置提供local service。

  摄像头模块 : 通过摄像头模块可以实现辅助倒车等功能。

  蓝牙模块 : 通过蓝牙模块可以实现车载信息娱乐终端与手机相连,完成一些短信阅读及回复等功能。

  交互接口模块 : 这部分硬件主要负责人机的交互,主要包括LCD模块、触摸屏模块、按键。

  FM功能模块 : 广播依然是现在最为流行的车载娱乐方式

  传感器模块 :结合车内应用,外接了温度传感器来获取车内温度信息酒精传感器来进行酒驾提醒

  扩展接口模块 : 为了方便以后拓展,本系统拓展出两条主USB接口,可以连接USB设备,同时拓展了一路从USB接口,可以方便数据传输。同时还拓展了一路TF卡外接存储接口一路WIFI模块接口

  OBD Ⅱ模块 : 为了实时获取车辆信息又不影响汽车的行车安全,采用OBD模块与汽车ECU进行通信以获取车辆信息。

25. 画出交互式车载短信流程图

        

 

2019-02-15 21:34:14 czw7813 阅读数 908

阅读这篇文章你可以了解到:
1、无线摄像头声波配置网络的原理
2、声波配置是否会受到环境噪声音、传输距离影响;

首先了解一下声波配置传输原理,详细如下:
【理论基础】:
利用声波传输信息,和无线电的通信本质上是一样的。其大致流程如下:
在这里插入图片描述
发射端对信源进行编码,转化为声音信号(PCM),然后将声音信号通过音频模块播放出来。同时接收端采集声音,并用相对应的方式进行解码,还原出信息。

【编码原理】:
声波配置通过声音传播wifi信息,设备端解析获取信息,传输的准确性与成功率都是取决于编码、解码的规则,举例具体如下:
编码规则:每4帧表示一个字符,一个ASCLL码有8个比特位,即1帧为2个比特位,那么就存在4种频率模式(00、11、10、01),每种不同的频率模式有三种频率组成;(单位:Hz)
即:若编码为00,发射端会发出3000 Hz + 4172 Hz + 5343 Hz这三种频点的声音,其他模式01、10、11类似;
在这里插入图片描述
解码规则:设备端接受到此时段的环境音频、统计各频点的能量值,会比较各个频点能量之和,分别求出代表00的三个频点的能量和,代表01的三个频点的能量和等等
再取其中最大值作为当前音频帧的输出结果。对于每一帧音频来说,一定会根据最大值输出00,01,10,11中的一个,但是最后ASCLL码结果需要根据连续4帧的结果综合判定。

【传输格式】:
声波配置除了携带wifi信息,还会携带一些特征字符用来标记,便于准确识别有效数据,一整套数据格式如下;
信息头部:特定编码代表标志开始
间隔符:区分SSID与密码的间隔符;
结束符:特定编码代表标志结束
校验位:用于校验错误,重传;

【准确性/抗干扰性】:
关于声波配置的准确性多大以及抗干扰能力,可以从理论和实测来整体看:
1、因为生活中声源,频率常在中低频以下,所以编码时多采用中高频甚至超声波的频率,以提高对干扰的抵抗,我司采用的是3K Hz ~ 7K Hz范围,受一般声音干扰小;
2、编码采用多频组合表示,比单频受干扰的程度减小了很多,只要不是我们对应的频点就没啥关系,除非是与我们某个频点一样,导致含那个频点的能量增大,导致误解析成错的码;
3、对于特定频率的噪声容易造成错误或者错位,这时CRC会校验失败,需要重新发送。
4、设备加入去噪处理,会提高算法的准确度;

主要影响测试结果的因素为:距离、角度、环境干扰;
距离:3m内比较推荐;
角度:手机speaker对着mic时,即0°条件下,算法可稳定识别的距离是3m,mic偏转后,不同手机播放,表现不同。但基本在1.5m左右可稳定识别;
环境干扰:如上述2,若环境里存在某种我们对应的频点,会导致含那个频点的能量增大,可能出现误解析问题。加入去噪处理,会提供识别的准确性。

2016-11-30 10:59:58 Derricker406 阅读数 3337

无线网络的工作原理(一):魔法背后的技术

 

首先从最基本的概念开始:

我们都知道的一个物理概念是“电磁波谱”。这就是电磁波的载体,它是由一种相对较为

简单的电子设备“振荡器”产生。振荡器会发出正弦波,然后我们可以调整振荡器,使它

产生具有特定频率和振幅的电磁波。频率是指所生成电磁波的振动速度,而振幅则是指

电磁波的强度。这两个指标都受相关法规的限制——例如,在美国,联邦通信委员会负

责规定谁可以使用电磁频谱中哪一些频段(也称为频带),同时规定它们的用途与使用环

境。

一旦有了正弦波,下一个任务就是将需要传输的信息编码并添加到电磁波上。这个过程

称为“调制”,而它是通过改变电磁波的物理特性实现的。我们修改振幅(如AM无线电)、

频率(如FM无线电)或电磁波相位,后者是指在任意指定时刻跨越360度周期它所在的位

置。而且,我们还可以组合修改这些变量。例如,正交调幅就是组合使用了振幅和相位

调制,它常用于卫星通信、现代Wi-Fi系统及一些蜂窝系统,如LTE。调制的技术越好,

我就可以给电磁波加载越多的数据。这会产生某种形式的数据压缩,因此可以通过所谓

的“频谱效率”实现更高的性能。发送这种经过调制信号的最后一步是放大信号(增加功

率),然后通过天线将它发送到空中。

无线网络的工作原理还取决于其他因素

无线电并不是仅仅涉及正弦波和电磁频谱。在发送信号之后,核心问题就是所谓的“无线

频道”——众所周知,正是它将电磁波从一点传输到另一点。这就是最复杂的一步。首

先,无线波的功率会随距离快速地衰减(“平衰减”)——这意味着即使高功率信号也会快速

减弱。因此,假设信号能够到达并且有足够被检测的功率,另一端的接收器也必须要足

够敏感,才能检测到信号。如果信号太弱,那么它就会变得像噪音,目标是让信噪比越

高越好。

接下来,无线波还可能被固体(“阴影衰减”)、主信号的回声及反射(“多路径衰减”或“雷利

衰减”)或有意干扰(“堵塞”,在非军事环境极少出现)或无意干扰阻挡。Wi-Fi及其他运行在

共享未授权频带的系统必须使用各种技术来避免受到运行在相同未授权频带的其他并行

(且合法)信号的干扰。不仅如此,这些系统还必须避免与管理部门规定的更重要的信号

发生干扰。这里避免干扰的最常用方法是使用各种形式的扩频无线电,它会将信号分散

到大量不同频率的频带中,从而以牺牲频谱效率来提升可靠性。

最好的技术还未出现

但是,如果信号成功到达预期接收端(根据统计数据,实际上无线网络在大多数应用程序

中都能做到这一点),那么这些放大的信号就会被解调和转换回原始格式。现在大多数无

线通信都采用数字方式,这意味着我们只会发送1和0,因此我们就有可能以各种形式去

改进可靠性和性能,而且这个过程也相对较为简单。到现在为止,至少已经介绍了为什

么现代无线系统能够以较低的价格实现较高的性能了,例如,目前的802.11ac无线LAN

产品支持1.3 Gbps吞吐量,这似乎已经非常大了,但是将来还可能出现更高速度的产

品。而所有这些都归功于我们已经有能力基于一些简单物理原理设计和开发出可靠且低

价的数字无线系统。

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