מבוא ל-Ph Modulation ב-WiFiual Sensor Networks

רשתות חיישן אלחוטיות (WSN) הפכו אבן הפינה של מערכות מודרניות של רכישת נתונים ו ניטור, פרוסות על פני חישה סביבתית, אוטומציה תעשייתית, בריאות ויישומים הגנה.כל רשת מורכבת מכמה עלות נמוכה, צמתים בעלי כוח נמוך, המתקשרים באופן אלחוטי כדי להעביר נתונים לתחנות בקרה ספציפיות של מערכת ההפעלה או שער.

שלב ה-Ph Modulation

שלב המודולציה היא שיטה של מידע ספקולטיבי על גל נושא על ידי שינוי זווית שלב מיידי שלה ביחס לשלב ההתייחסות.בניגוד למודולציה amplitude (AM), אשר משנה את עוצמת האות, או את תדירות (FM), אשר משתנה את התדירות, PM משנה רק את השלב של הגל.מתמטיקה, נושאת הסינוסים יכול להיות מיוצג כ-(s(t) = Acos\pi \p)\p ivar) ו-(D) כאשר הוא מכיל את הטופס (D) {\displaystyle \ t.

היתרון המרכזי של PM על סוגים אחרים של מודולציה הוא החיסרון שלה לרעש mplitude ועיוותים לא ליניאריים. כי מידע הוא נשא אך ורק בשלב, ראש הממשלה יכול לפעול ביעילות בסביבות שבו כוח אות משתנה עקב קידוד או הפרעה. יתר על כן, PM משיג יעילות ספקית גבוהה על ידי אריזה של ביטים מרובים לסמל באמצעות קבוצות גבוהות יותר (למשל, Q- Q- PSK, 8 PSK תכונות קריטיות עבור חיישן אופטימיטיביים).

המונחים: Wireless Sensor Networks

אנרגיה יעילה

צמתים המופעלים על ידי סוללה חייבים לפעול במשך חודשים או שנים ללא תחליף, מה שהופך את צריכת האנרגיה בשלב הראשון של ניהול העיצוב.שלב שיטות, במיוחד PSK בינארי (BPSK) ו quadrature PSK (QPSK), דורש כוח שידור נמוך יותר בהשוואה תוכניות רבות מבוססות אמפודה עבור אותו שיעור שגיאה שטוח (מבוגר) כי אותות ראש הממשלה לשמור על ampuded, המאפשר את הכוח במהירות כדי להפעיל את אותו קצב אחסון נמוך יותר עבור פחות יעיל של 30 ליטרים.

המונחים:

רשתות חיישן אלחוטיות פועלות לעתים קרובות בלהקות ספקטרום בלתי מורשה (למשל, 2.4 GHz ISM) אשר משותפות עם Wi-Fi, Bluetooth ומכשירים אחרים, המוביל להפרעות קו-ערוציות ועיוותים מרובים.שלב מודולו מציג עמידות גבוהה יותר כנגד ליקויים אלה, כי המידע בשלב זה ניתן לשחזר גם כאשר ה-PSK המתקבל הוא מדוכא על ידי הפרעה הרסנית.

גבוה גבוה נתונים

בעוד יישומים רבים WSN דורשים רק שיעורי נתונים צנועים (kbps), מזוודה מתפתחת כגון ניטור בריאות מבני, שידור תמונה ברזולוציה גבוהה, ווידאו בזמן אמת מעקב אחר הביקוש גבוה יותר דרך ספוט.יעילותו של שלב ה-spectral - מספר ה bits לשנייה per hertz - קנה מידה טוב עם סדר Modulation אמיתי.

טכניקות יישום

היישום הנפוץ ביותר של שלב מודולציה ב WSN הוא שלב Shift Keying (PSK), עם גרסאות מרובות אופטימיזציה עבור תרחישים שונים:

  • (FLT:0) PSK (BPSK): ההרחבה 1 (BPSK) משתמשת בשתי מדינות שלב (0° ו-180 מעלות) כדי לייצג את ההיגיון 0 ו-1, זוהי תוכנית PSK הפשוטה ביותר, המציעה את ה- ER הנמוך ביותר עבור SNR מסוים, אך רק 1 סיביות לסמל. BPSK הוא בשימוש נרחב ב- IEEE 802.15.4 (Zigbee) עבור המורכבות הגבוהה והנמוכה שלה.
  • (FLT:0)Quadrature PSK (QPSK): ibph:1 ; מעסיק ארבעה שלב קובע (45 מעלות, 135°, 225°, 315 מעלות) כדי לקוד 2 סיביות לסמל. QPSK מכפיל את שיעור הנתונים על BPSK ללא רוחב פס הולך וגובר, מה שהופך אותו לבחירה המועדפת עבור קישורי חיישן בינוניים.
  • (FLT:0) Higher-PSK (PSK) (PPSK), 16-PSK): מעלה את מספר מצבי שלב כדי להשיג יעילות ספקטרלית גבוהה יותר.עם זאת, קבוצות כוכבים אלה רגישים יותר לרעש שלב וקידוד, הדורש תיקון שגיאות חזק יותר coding ו- SNR גבוה יותר הם משמשים בדרך כלל בציוני ביצועים גבוהים עם טרמפטיבים טובים יותר.
  • (FLT:0 (DPSK): ⁇ 1) קידוד נתונים בשלב ההבדל בין סמלים רצופים, ביטול הצורך בהתייחסות שלב קוהרנטית.זה מפשט את עיצוב המקלט (לא זיהוי בלתי-מיושב) בעלות של הפסד DB1 ב-SNR.DPSK הוא נפוץ בשפל, נמוך כוח WNSNS ללא יכולת מוגבלת שבו הוא יציבות מוגבלת.

יישום מעשי transceiver להסתמך על עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) כדי ליצור ולהרוס אותות PSK. בצד משדר, הנתונים של פס הבסיס ממופים לסמלים מורכבים המייצגים את נקודות השלב הרצוי, ולאחר מכן מופרכת באמצעות מודול IQ.המקבל מבצע התאוששות נושאת כדי להעריך את השלב הבא, בדרך כלל באמצעות לולאות או שלב מונחה של החלטה, עבור סמלים מתקדמים, ללא צורך משולב עם מסגרת מתקדמת של קודמומטרה מתקדמת, ללא צורך אחד, עם שלב רלוונטי, עם הני, ללא צורך הנוכחי.

אתגרים ושיקולים

מורכבות חומרה

יישום שלב המודולציה דורש שליטה מדויקת הן במדר והן ב המקלט.סימן המוביל חייב להיווצר על ידי אוסטרטור מקומי יציב עם רעש בשלב נמוך.שלב רעש מציג ג'יטר אקראי בשלב הגל המועבר, אשר מקטין את שיעור השגיאה סמל / מאיזון גבוה יותר של IQ-pulations. לדוגמה, מערכת של 16-PSK דורשת שלב של פחות מ 2 מעלות כדי לשמור על רכיב זה של צריכת אפסית / 1D.

סינכרון

סינתזה של תזמון מסדר ומקבל חיוני לשיקום שלב קוהרנטי.המקבל חייב להעריך את תדירות העומס של נושאת (בשל PSK), שלב המוביל מהפך, ואת תזמון הסמלי של שבב"מ, nodes לעתים קרובות להיכנס שינה עמוקה כדי לשמר אנרגיה, וכתוצאה מכך תדירות גדולה ושלבים לא בטוחים על התעוררות.

גורמים סביבתיים

סביבת הקידום משפיעה מאוד על יציבות שלב. Obstacles כגון קירות, ערפל, ואובייקטים נעים מציגים רב-אופטיקה, אשר יכול להמיר וריאציות amplitude לתוך עיוותים בשלב דרך אפקט דופלר ועיכובים של זמן-מה. בתוך WSNs בתוך מערכת אקלים פנימית, אך העיכוב הרב-אופטימי יכול גם להגדיל את תקופת הסמל, המוביל להפרעות בין-מבול (IS) כי בשלב זה עלולים להיות מכווץ את רמות טמפרטורה גבוהה יותר (או-X) אך גם כן, אך גם כן, אך גם כן, אך גורם לטמפרטורות מרובות.

ביצועים וקידוד

שלב מודולציה לבד לא יכול להשיג תקשורת ללא שגיאות בערוצים רועשים.תיקון שגיאות של קדימה (FEC) הם בדרך כלל מתואמים כדי לשפר את הקודים המשותפים ב WSNs כוללים קודים מהפכתיים, קודים של ריד-פולמון, וקודים נמוכים של קידוד פעולה (LDPC) כולל תקן IEEE 802.15.4, משתמש בשילוב של קו-קונציה ישירה עם ספקטרום אנרגיה (D) ו-D) כדי לשפר את ה-DRECREFREFIC) כדי לשפר את ה-D (D) ולהגדיל את קודים נוספים על מנת לשפר את ה-D (D) ולהגדיל את ה-DREFERCREFICD) אך נדרש עיבוד יעיל יותר את ה-D (D) עם עיבוד יעיל יותר של עיבוד יעיל יותר של עיבוד יעיל יותר של תצורה של תצורה של תצורה של עיבוד פעולה עם קודים (D (D) עם קודים (D) עם תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של תצורה של

פרספקטיבה עתידית

הסתגלות וגישור קוגניטיבי

האבולוציה של WSN כלפי רשתות דינמיות, הגדרה עצמית דורשות תוכניות מודולציה שיכול להסתגל בזמן אמת.מודולציה הסתגלות וקידוד (AMC) טכניקות לבחור את הסדר המארגן האופטימלי וקצב ה- PSK מבוסס על מידע מיידי של המדינה ערוץ (CSI) בתרחיש טיפוסי, קישור עם SNR גבוה עשוי להשתמש 16PSK עם קוד חלש עבור נתונים מקסימליים, בעוד שקישורים לאחור כדי להתאים את רמת פעילות גופנית ל- HIV.

אינטגרציה של Software-Defined Radio (SDR)

רדיו מוגדר תוכנה מאפשר פרמטרים מודולציה להשתנות באמצעות תוכנה ללא שינויים חומרה. גמישות זו היא בלתי נסבל עבור רב סטנדרטי חיישן כי חייב לתקשר עם שערים שונים או להסתגל לפרוטוקולים מתפתחים.SDR יישום של מודמים על רמות נמוכות FPG כמו ARMx-M מכשירים הוכחו, השגת שיעורי נתונים עד 2 Mbps בעוד צריכת מתחת ל 50WDR כמו גם לפתוח את העלות של מערכת ההפעלה נמוכה, אפילו כדי להפחית את עלויות כדי לחץ על פני מערכת ההפעלה.

שילוב עם האינטרנט של דברים (IoT) ו-5G

מערכת האקולוגית של IoT משתמשת יותר ויותר בסטנדרטים כמו NB-IoT, LTE-M ו- 5G NR המשלבים טכניקות מתקדמות של שלב מודולציה שלב (למשל, ⁇ /4-QPSK, ⁇ /2-BPSK) המיועדות לעוצמה נמוכה וכיסוי רחב יותר.טכנולוגיות IoT סלולריות אלה ממנפות את יעילות הספקטרום והפרעות ראש הממשלה כדי לתמוך במספרים מסיביים של מכשירים עתידיים WNS עשוי להק נתונים קצרים יותר (ERC) תוך שימוש בתקני אבטחה קצרים יותר (מערכת הפעלה קצרה יותר).

למידה ממוחשבת עבור אופטימיזציה

אלגוריתמים של Machine Learning (ML) מוחלים על מנת להתאים את החלטות המודולציה והקידוד ב- WSN. לדוגמה, סוכן למידה חיזוק יכול ללמוד את קבוצת ה-MLPSK הטובה ביותר לשימוש בהתבסס על אובדן החבילה ההיסטורי, רמת הסוללה ודפוסי התנועה.רשתות נילי יכולות גם לבצע estimation וזיהוי ערוצים בסביבה רב-פתטית חמורה, תוך אופטימיזציה של מסננים מסורתיים מתאימים יותר לעיבוד חשמל, אך יכולות להפחית את צריכת האנרגיה הכוללת לאבחון של תאים לאפסת תאים לאבחון.

Ultra-Low-Power Phase Modulation עבור מכשירים ביו-רפואיים ולבוש

ברשתות אזוריות גוף (BANs), צריכת חשמל נמוכה מאוד היא חובה, עם תקופות חיים של שנים באמצעות סוללות מודולים מטבע.שלב מודולציה עם היברידיות של IEEE או PSK שונה (DPSK) משמשים במגוון רחב של מכשירים רפואיים מושתלים (DPSK) להמשיך התקדמות בעתיד (בהמשך ניתוח תת-קרקעי) ו-Necon-penshold CM במהירות גבוהה מערכת אחסון של אנרגיה, כגון CMCValreshold, ללא טיפול ב-pv-Fbitsperic).

מסקנה

שלב Modulation מציע שילוב משכנע של יעילות אנרגיה, עמידות להפרעות, ויעילות ספקטרלית שמתאימה היטב לדרישות המחמירות של רשתות חיישן אלחוטיות.ממימוש BPSK בתקני Zigbee זולים כדי להתאים סדר גבוה יותר הסדר PSK ב-IoT קוגניטיבי, שלב המודולציה מאפשרת תקשורת אמינה תוך הרחבת חיי הרשת, למרות אתגרים הקשורים לחומרה, סינכרונל, ואפקטים דיגיטליים אלה, הם ממשיכים לפתח את ה-Reducation ו-Reducationive של מערכות למידה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור מערכת למידה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור עצמי, תוך כדי שיפור עמוק יותר, תוך כדי שיפור מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה של מערכת למידה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור מערכת הפעלה של מערכת למידה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור עצמי, תוך כדי שיפור אבטחה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור יעילות משולבת, תוך כדי שיפור אבטחה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר, מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מחדש של מערכת הפעלה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור אבטחה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור מערכת למידה מתקדמת יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור יעיל יותר, תוך כדי שיפור מערכת הפעלה מחדש של תפקוד מערכת הפעלה של מערכת הפעלה מחדש של