WSN中虚拟空时分组码发射功率分配研究

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）通过各类集成化微型传感器实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并以自组织网络方式传送到监控终端。协作分集技术使得具有单根天线的通信终端可以共享彼此的天线而形成一个虚拟MIMO（Multi Input Multi Output）系统，解决了通信终端受尺寸和硬件复杂度的限制难以实现多天线的问题，因而逐渐引起人们的关注。本文将协作分集应用到WSN中，使多个单天线节点可以共享彼此的天线实现空域分集，能够有效提高系统的传输可靠性，降低WSN的整体能耗。而在WSN中，为了能充分利用有限的功率来更好地传输自己及伙伴的信息，功率分配问题尤为重要。本文针对此问题提出了一种改进的功率分配方案，联合Alamouti空时编码和协作分集技术，提出一种在总功率受限时的最优功率分配方法。 论文首先阐述了空时分集技术的基本原理，并着重介绍了Alamouti双节点发送分集方案及编码规则。MATLAB仿真结果表明空时分集技术能够实现分集增益。 随后，以放大前向和解码前向协议为基础，联合Alamouti空时分组编码，提出了一种最优的功率分配方案，讨论了在总功率受限情况下两用户的功率分配方案。仿真结果表明，在总功率受限情况下，当源节点和协作节点能正确解码对方第一时隙的数据时，采用最优的功率分配可以降低系统的误码率。这也就是说，在相同误码率要求时，采用功率分配后的节点消耗的能量较少。 最后，讨论了采用协作分集的无线传感器网络在煤矿安全监测和人员定位方面的应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及创新

1.4论文的组织结构

2无线传感器网络

2.1无线传感器网络体系结构

2.1.1网络结构

2.1.2无线传感器网络节点组成

2.1.3无线传感器网络的特点

2.2无线传感器网络的层次结构

2.3无线传感器网络热点研究

2.3.1节能技术

2.3.2协作式信息处理技术

2.3.3支撑技术

2.4无线传感器网络的应用及实例

2.5 WSN实用化面临的问题

2.6小结

3协作分集及其在WSN中的典型应用模式

3.1协作分集概念

3.2协作分集的优点

3.3协作分集方法

3.3.1放大前向协作

3.3.2解码前向协作

3.3.3编码协作

3.4无线传感器网络中虚拟MIMO发射功率分配研究

3.4.1虚拟STBC功率分配

3.4.2虚拟V-BLAST功率分配

3.5本章小结

4联合STBC和AF协作的功率分配究

4.1 Alamouti空时编码

4.1.1 Alamouti空时编码

4.1.2合并和最大似然译码

4.1.3性能仿真

4.2.AF协作功率分配

4.2.1系统模型

4.2.2性能仿真

4.3本章小结

5联合STBC和DF协作的功率分配研究

5.1系统模型

5.2性能分析

5.3源节点和协作节点间平均误比特率

5.4 Alamouti空时解码平均误比特率

5.5仿真分析

5.6本章小结

6基于协作的WSN在矿井中的应用研究

6.1基于协作分集的WSN在矿井安全监测中的研究

6.2基于协作分集的WSN在人员定位中的研究

6.3本章小结

7结论

7.1论文总结

7.2下一步的工作展望

致 谢

参考文献

附录：攻读学位期间发表的论文