[发明专利]一种用于无线地下传感器网络的自适应调制方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及地下无线传感器网络，具体地，涉及一种用于无线地下传感器网络的自适应调制方法与系统。

背景技术

在无线通信系统中，由于无线衰落信道时变的特点，使通信过程存在大量的不确定性。如果采取传输速率较高的高阶调制进行通信，可以提高系统吞吐量，但当信道处于深衰落时则无法保障通信可靠稳定地进行；另一方面，如为保障通信的可靠性，采用传输速率较低的低阶调制进行通信，则会制约系统吞吐量的提高，从而造成资源浪费。在移动通信技术的发展早期，人们对抗无线衰落信道的时变特性，只能采用加大发射机发射功率等简单方法。随着科技水平的进步，出现了可根据信道状态自适应地调节设备发射功率、调制编码方式以及数据的帧长等方法来克服信道的时变特性从而获得最佳通信效果。这些方法被称为链路自适应技术。

自适应调制与编码（AMC）即是一种根据信道情况自适应改变调制及编码方式的技术，其核心思想是：在不牺牲误比特率性能(比如BER)的前提下，根据无线通信环境和QoS要求，动态地改变发送端的发送功率、波特率、星座图的大小、编码方案、码率等，或者是综合改变前面所述的各种参数。在较好的无线信道条件下使用高阶调制方法，获得较大的吞吐量；当无线信道质量下降时，采用低阶调制方法，相应地降低传输速率，以保证通信的可靠性。最终达到提高系统资源的利用率，获得较高的系统吞吐量和容量的目的。

现有的一种AMC实现方法是采用自动传输率后退协议，即对发送结果进行跟踪，根据失败率来调节调制方式。当发送端发送一个数据包之后，接收端需要发送一个ACK包对其进行验证。如果发端在规定时间内未收到ACK数据包，则需进行重传。在规定的重传次数之后如果依然未收到ACK数据包，则将调制方式下调一个等级。如在规定时间内持续一次成功接收ACK数据包，则将调制方式上调一个等级。这种方法的优点是实现简单，设备不需进行信道估计。这种方法的缺点是不能对信道的时变性做出快速反应，转换调制编码方式往往滞后于信道的变化，很难使系统吞吐量有较大的提高。

另外一种主流方法是基于信道估计的AMC方法，其基本原理是：接收端在接收数据的同时，根据所接收信号的幅值变化或误码率等因素来估计或预测下一数据帧传输时的信道状况并将其反馈回发送端，发送端再根据反馈情况决定下一数据帧应采用的调制编码方式，从而更好地适应信道的变化。这种方法的缺点是在接收端要对数据进行采样、量化等处理，设备需要有信道估计的功能模块，实现起来比较复杂。另外，估计误差成为影响系统性能的一个重要因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于无线地下传感器网络的自适应调制方法与系统，以实时地调整无线地下传感器网络中各节点的调制和编码方式。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于无线地下传感器网络的自适应调制方法，该自适应调制方法包括：检测当前节点的水含量；接收邻居节点发送的水含量；根据所述当前节点的水含量以及所述邻居节点发送的水含量中的较大者确定所述当前节点向所述邻居节点传送下一数据帧使用的调制与编码方式。

优选地，水含量为水含量的绝对值或变化值。

优选地，所述当前节点具有邻居列表，所述邻居列表中存储邻居节点发送的水含量；在所述邻居节点不在所述邻居列表的情况下，所述当前节点将所述邻居节点加入所述邻居列表。

优选地，根据所述当前节点的水含量以及所述邻居节点发送的水含量中的较大者确定所述当前节点向所述邻居节点传送下一数据帧使用的调制与编码方式包括：在所述当前节点存储邻居节点的水含量的情况下，周期性地或基于事件触发地根据所述当前节点的水含量以及所述邻居节点发送的水含量中的较大者确定所述当前节点向所述邻居节点传送下一数据帧使用的调制与编码方式；或在所述当前节点没有存储邻居节点的水含量的情况下，周期性地或基于事件触发地根据所述当前节点的水含量确定所述当前节点向所述邻居节点传送下一数据帧使用的调制与编码方式。

优选地，水含量划分为多个范围，每个范围与特定的调制与编码方式对应。

本发明提供了一种用于无线地下传感器网络的自适应调制系统，该自适应调制系统包括：检测模块，用于检测当前节点的水含量；通信模块，用于接收邻居节点发送的水含量；自适应调制模块，用于根据所述当前节点的水含量以及所述邻居节点发送的水含量中的较大者确定所述当前节点向所述邻居节点传送下一数据帧使用的调制与编码方式。

优选地，水含量为水含量的绝对值或变化值。