无线传感器网络中分布式空时编码方法研究

论文摘要

近年来,无线传感器网络受到了广泛地关注。然而,传感器节点的能量有限性和无线通信的衰落特性限制了无线传感器网络的应用。多输入多输出(MIMO)技术可以抑制无线通信中的衰落。在保证相同通信可靠性时,MIMO技术提供的空间分集增益可以节约发射端的能量。但是,由于传感器节点受到能量、处理能力和体积的限制,所以安装多根天线很困难。协作通信技术利用相互邻近的通信终端协作形成的虚拟天线阵列提供空间分集增益。因此,无线传感器网络可以应用协作通信技术节约能量并克服衰落的影响。本文主要研究无线传感器网络中分布式空时编码技术。首先,介绍了协作通信的基本概念和工作原理,分析不同协作通信协议和协作方式的优缺点并指出适合无线传感器网络的协作协议和协作方式;其次,介绍了MIMO系统中的空时编码的系统模型、设计准则、解码方法以及几种空时编码方法;然后,在无线传感器网络中引入分布式空时编码,并在各传感器节点间信道衰落的方差不同以及中继节点采用各行正交的编码矩阵的条件下推导了成对差错概率的上界,从而得到了分布式空时编码的设计准则,接着依据设计准则在分析了现有的分布式空时编码的基础上构造了一种新的分布式空时编码并仿真比较了其与现有的分布式空时编码的平均误比特率性能;最后,本文提出了两种功率分配方案,仿真结果表明功率分配能改善协作通信系统中分布式空时编码的平均误比特率性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.2 MIMO 技术简介
• 1.3 协作通信技术简介
• 1.4 本文主要研究工作和内容安排
• 第二章 MIMO 技术和协作通信技术
• 2.1 MIMO 技术基本原理
• 2.1.1 MIMO 系统模型
• 2.1.2 MIMO 系统的理论信道容量
• 2.2 协作通信协议
• 2.3 协作方式
• 第三章 空时编码和解码技术
• 3.1 空时编码的引入和分类
• 3.2 空时编码系统模型
• 3.3 空时编码的设计准则
• 3.4 空时编码的解码方法
• 3.4.1 最大似然（ML）解码
• 3.4.2 迫零（ZF）解码
• 3.4.3 最小均方误差（MMSE）解码
• 3.4.4 球解码（SD）
• 3.4.5 三种解码方法性能比较
• 3.5 典型的空时编码方法
• 3.5.1 Alamouti 和STTD-OTD 空时编码
• 3.5.2 具有被旋转星座图的空时分组编码
• 3.5.3 性能比较
• 第四章 分布式空时编码设计准则
• 4.1 分布式空时编码系统模型
• 4.2 分布式空时编码设计准则
• 4.3 分布式空时编码设计
• 4.3.1 分布式Alamouti 空时编码
• 4.3.2 分布式DAST 编码
• 4.3.3 分布式ABBA 空时编码
• 4.3.4 设计一种新的分布式空时编码
• 4.4 性能比较
• 第五章 功率分配
• 5.1 源节点与中继节点间功率分配
• 5.2 中继节点间功率分配
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 本人在攻读硕士研究生期间发表的论文