[发明专利]一种在中程传感网中实现虚拟多天线分集的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线中程传感网，尤其涉及在无线中程传感网中实现虚拟多天线分集的装置和方法。

背景技术

随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器节点开始出现，并且引起了人们的极大关注。这种无线传感器节点构成无线传感网能够协调地感知、采集和处理网络覆盖区域内的各种环境或监测对象信息，并发布给需要这些信息的用户。无线传感网将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起，深刻地改变了人与自然的交互方式；可以广泛地应用于军事、工农业控制、生物医疗、环境监测等诸多领域。

目前，无线传感网的布设中都是基于分簇的方式，所有的传感器节点都根据位置信息分成若干个簇，每个簇都有一个传感器节点被推举为簇头节点，簇内所有传感器节点的信息都通过簇头节点向网关输出，因此簇头节点需要具备与较远的网关通信的能力，且传输的数据量较大能耗较高。因此有的传感网中就在簇中设置一个能支持高速通信，且能量相对充沛的传感器节点作为簇头，与网关一起组成中程传感网。

而在目前的移动通信网络中，出现了在发射端和接收端都采用了多个天线的多入多出天线系统。在发射端通过空时编码产生同一个信号的多个副本并通过多个天线发射，且发射端和接收端各个天线之间的信道都是相互独立的，在接收端则将多个天线接收的信号作空时译码处理从而获得与发射天线数和接收天线数乘积等数量级的分集增益。从而能够有效的提高发射机的能量效率，在能量受限的无线传感网中，这相当有吸引力。另外，多入多出天线系统还演变成多入单出天线系统和单入多出天线系统，多入单出天线系统的发射端采用多个发射天线而接收端采用单个接收天线；单入多出天线系统的发射端采用单个发射天线而接收端采用多个接收天线。

然而，使用多入多出天线系统的主要缺点在于天线阵列的物理尺寸。为获得多入多出天线系统的好处，最好是各个天线之间具有显著的十个波长级的空间间隔。在所关心的频率上，这需要米级到十米级的天线间隔。对于中程传感网中的簇头节点，这是非常不可行的，因为在这些情况下，天线将会是簇头节点尺寸的数十倍。由于所述多入多出天线系统存在的缺点，所以在目前中程传感网中各个簇头节点都是基于单天线方式工作的。

为此，在现有技术中需要具有更高能量效率的改进的中程传感网络，特别地需要一种中程传感网，其簇头节点分别使用多入多出天线系统提供的多个独立信道中的一个信道同时向网关节点发送数据，而在簇头节点处不需要过大尺寸的多入多出天线。

发明内容

本发明的目的是提供一种在中程传感网中实现虚拟多天线分集的装置和方法，为无线传输提供分集增益，以提高网络的能量效率。

本发明要解决的现有多入多出天线系统不适合在中程传感网中应用的问题。

为实现上述目的本发明所述的一种在中程传感网中实现虚拟多天线分集的装置，至少包括：网关节点，采用传统的多入多出多天线系统，用作上行通信的接收机和下行通信的发射机；簇头节点，包含空时处理模块，采用单天线系统，用作上行通信的发射机和下行通信的接收机。该装置使用多入多出系统在上行通信过程中进行多天线数据的接收、采样、处理，并在下行通信过程中进行信号的空时编码和调制；在上行通信过程中，对发送的数据进行编码并分发给各个协同簇头节点，控制各簇头节点协同向网关节点发射多天线信号，并在下行信道中收集各个协同节点接收的由网关节点发送的多天线信号，进行多天线信号处理。所述的网关节点可以采用传统的多入多出天线系统，这里就不再详述。

本发明所述的簇头节点在原有设备的基础上增加了用于对接收到的射频信号进行解调和采样的接收模块，用于对编码产生的数据进行调制和发射的发射模块，用于对需要发送的数据进行空时编码处理的空时编码器，用于对接收到的多天线信号进行空时译码处理的空时译码器和用于存放各个协同簇头节点接收到的多天线信号样本的存储器。