论文部分内容阅读
随着互联网的全面普及与云计算业务的激增,人类即将步入万物互联的物联网时代。物联网是新一代信息技术的重要组成部分,是全球信息技术产业的一次科技革命与经济浪潮,受到了各国政府、企业和学术界的高度重视。Wi-Fi技术因其具有较高的频谱利用率满足了物联网中大规模接入的通信需求,然而传统的Wi-Fi协议直接应用于物联网中存在着功耗过大的问题,这将严重地影响物联网终端设备的续航能力。针对应用于物联网通信中Wi-Fi协议功耗过大问题,2016年12月份Wi-Fi联盟发布了专为物联网通信设计的低功耗长距离通信协议802.11ah(Wi-Fi HaLow),802.11ah 在 MAC 层引入了限制接入窗口(restricted access window,RAW)和目标唤醒时间(target wake time,TWT)机制,该协议能够有效地降低物联网终端的通信能耗。然而本文认为物联网设备发送端上行链路能量利用效率的瓶颈在于收发机的架构上,当今的物联网应用中接入点设备具备更强大的计算能力并且接入点能源供应充足,采用传统的收发机架构进行物联网通信没有充分利用物联网接入点设备的强大性能优势,是对接入点硬件资源的浪费。据此本文结合蜂窝网的工作模提出了一种通过修改物联网收发机架构来实现降低发送端物联网设备功耗的方案,利用接入点强大的硬件性能过采样接收物联网终端所发射出的OFDM信号,通过对过采样OFDM信号进行理论分析与测试实验找到冗余信号之间存在的相关性并作为过采样OFDM信号的解调突破口,进而设计出过采样OFDM信号的同步算法、频偏补偿算法与解调算法进而解调出原始信号。采用这种收发机架构可以使物联网终端以较低的功率发射出射频信号,系统将解码压力置于计算性能强大和能源供应充足的接收端接入点设备上,在保证了收发机通信功能正常的前提下,降低了物联网终端信号发射的最小功率从而实现物联网终端低功耗的通信需求。最后,本文利用USRP软件无线电硬件实验平台搭建了上述非对称性通信架构,在软件无线电软件实验平台GNU Radio中实现了过采样OFDM信号同步、频偏补偿和解调算法,经过了一系列实验我们验证了过采样Wi-Fi信号解调的可行性。另外,我们还发现过采样解调算法具有良好的抗噪声性,相对于传统Wi-Fi协议来说过采样Wi-Fi协议在低SNR实验环境下表现了更为优异的通信性能,我们发现其性能会随着过采样系数的提高而提高,在过采样系数为8的实验条件下它能降低发送端设备近70%的通信能耗。