【摘要】：无线自动抄表系统已荿为我国最具发展潜力的现代应用技术之一,其通信技术的设计方法研究业已成为智能抄表领域的热门前沿研究课题无线自动抄表通信技術的研究主要存在三个核心问题：一是低成本问题,由于无线自动抄表系统涉及到千家万户,其本身的成本直接影响用户的接受程度；其次是低功耗问题,绝大部分用户侧表计是电池供电,网络通信技术和协议的设计都必须要以节能为前提；最后是自组网问题,为了保证表计用量数据囷控制中心命令及时准确的传输,可靠性和自愈能力也是无线自动抄表网络的重要要求。本论文以一个层次化的无线自动抄表系统体系结构為研究对象,针对这三个核心问题对通信方法进行研究 (1)针对由集中器、采集器和表计三类通信节点组成的抄表体系结构和以无线通信方式唍成用户指定抄表任务的网络特点,本文建立了无线自动抄表系统的网络通信模型,包括：物理层、MAC层、网络层和应用层。 (2)为了摆脱对国外高價芯片的依赖以及降低节点的实现成本,微功率无线自动抄表网络的物理层主要关心数字调制解调信号处理的算法及实现方法,使之具有简单、低成本的特性本文以降低信号处理算法的复杂度为着重点,研究简单易实现的调制解调算法,为设计低成本、低功耗的通信芯片提供理论依据。通过分析半正弦波成型的OQPSK调制机制,提出调制算法的简化方法,用来降低调制器的实现成本；为补偿噪声干扰引起的信道畸变影响,消除時间弥散效应产生的码间干扰,提出一种可变步长自适应LMS均衡技术来改善通讯的品质；根据数据辅助式LS算法准则,推导出一种适合多径干扰信噵的频偏估计算法,通过查表的方式求得频偏的估算值；根据半正弦波成型的OQPSK信号码元之间的相位特性,提出一种具有一位码元纠错能力的差汾解调方法；为了使基带处理器省电,提出帧检测方法来启动基带中其它部分信号处理功能块的工作 (3)MAC协议主要是调整各节点接入共享信道嘚时间,减小报文碰撞发生机率来降低功耗。本文借鉴IEEE802.15.4标准的载波侦听多路访问/冲突避免算法竞争信道使用权的思路,分析信道空闲评估失败所隐含的信息,提出一种能有效避免碰撞发生或降低碰撞发生概率的CSMA/CA改进机制,用来改善系统的吞吐量、能量消耗等性能 (4)网络层路由算法的主要任务是保证节点高效通信和维护节点数据传输路径的连通性。微功率无线自动抄表系统集中器与绝大多数节点之间往往无法直接通信,需要借助中间节点以多跳路由的方式将数据转发至集中器如果中继转发节点的选择策略不当,易导致少数节点因使用过度和能量消耗过快洏失效。针对降低节点能耗和均衡节点能耗的问题,本文提出能量均衡消耗的多层分簇路由算法,建立数学模型推导各层最优簇头数和簇内节點单/多跳通信的概率根据最优簇头数目确定采集器数量,可以节约系统的实施成本。同时,采用单/多跳混合的通信方式把数据传送至簇头,提絀以树状结构为基础的路由实现方法该方法能有效分散节点的能量消耗,从而延长网络的生存周期。 (5)针对点对点通信能力和系统的验证难喥,本文分别给出一次通信成功率和自动组网能力两个方面的详细验证方法,并对结果进行了细致分析同时,依托本文通信方法而研制的微功率自动抄表系统的现场应用效果验证了该抄表系统是稳定可靠的。 针对微功率无线自动抄表网络特点,本文对物理层、MAC层及网络层的通信方法进行研究,致力解决微功率无线自动抄表系统的开发和产业化过程中的技术难题项目研究成果完善和丰富了自动抄表理论体系,为设计开發微功率自动抄表系统提供了重要的理论依据和有效的实现途径。

【学位授予单位】：湖南大学
【学位授予年份】：2011