[发明专利]一种在中程传感网中实现虚拟多天线复用的装置和方法

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复用的装置和方法。

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，这里的簇头节点和网关节点就组成了一个中程传感网。显然，无线传感网内所有节点产生的数据最终都通过中程传感网向外界输出，因此中程传感网就需要一种高效的多用户接入方式，以确保能够及时的将数据输出。

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多个天线的多入多出天线系统。在发射端将高速的数据流分成多个较低速的数据流，通过多个分离的发射天线独立调制并在同一时间、使用同一频率进行发射。各个分离的发射天线发射的信号经历各不相同的多径反射到达接收端。各个接收天线接收到的信号是多个发射天线发射的信号经历相互独立的多径反射后信号的线性组合。在接收机内，由公知的多入多出信号处理算法对多个接收天线接收下的信号进行处理，检测并恢复出多个低速的数据流，从而实现多天线复用。多入多出天线系统由于可提供多个独立的通信信道且系统能提供的独立信道的数目与发射天线和接收天线数目中较小的一个值相同，所以非常适合在无线中程传感网中用于为不同的簇头节点分配一个这样的通信信道实现多用户接入。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复用的装置和方法。

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。

本发明的在中程传感网中实现虚拟多天线复用的装置，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。

本发明的在中程传感网中实现虚拟多天线复用的方法，至少包括各个簇头节点之间组成虚拟多天线发射的上行通信方法和各个簇头节点组成虚拟多天线接收的下行通信方法。

本发明的在中程传感网中实现虚拟多天线复用的装置通过虚拟多天线提供的多个独立信道为簇头节点实现高效率多用户接入网关节点。

本发明的在中程传感网中实现虚拟多天线复用的装置，能够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、处理及最终恢复出各个簇头节点发送的数据，并在下行通信过程中进行信号的空时编码和调制的网关节点和在上行通信过程中，与其他簇头节点一起协同工作组成一个虚拟的多天线系统对多路信号进行协同的发射，并在下行通信过程中对接收到的网关节点发射的多天线信号进行解调、译码及最终恢复出原始发射数据的簇头节点。