论文摘要
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个自组织网络。WSN在跟踪、监测、医疗和控制等方面应用广泛。传感器节点通常由电池供电,为延长其工作时间,必须降低通信系统的能耗。故对于WSN,高能效是尤其重要的核心问题之一。在WSN各节点组成的通信系统中,射频前端的功耗远大于数字基带的功耗,因此低功耗的无线通信系统设计必须尽可能的降低射频前端的功耗。同时,在硬件电子线路层面,由于射频功率放大器的功耗在整个通信模块中占了非常大的比重,同时射频功放带来的非线性失真对通信质量的影响很大,故采用数字预失真校正的方法提高放大器的效率、增加线性度是必不可少的。论文对WSN中高能效通信相关技术进行了研究工作,主要工作内容如下：一、建立了无线收发机射频前端部分的能量模型,通过调整数通信字基带的各种参数,如调制级数、数据传输率、信号峰均值等,从而降低射频电路功耗；同时综合考虑各种射频电路噪声、失真和通信信道衰落对通信质量的影响,对射频前端的每比特能量损耗与调制级数之间关系、误码性能与调制级数之间关系进行探究。基于四种射频前端系统架构,详细分析了每种架构及对应调制方式的能耗模型；考虑电路消耗的能量和传输能量,通过仿真分析给出了适用于不同距离和不同传输速率的低功耗WSN收发机射频前端架构设计方案。二、以无线通信系统的射频前端系统架构的能量模型为基础,从能效优化的角度对自适应调制和功率控制技术进行研究,提出了一种基于正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)的高能效自适应调制与功率控制算法。三、对基于正交幅度调制输入信号的数字预失真系统进行研究,将数学中求解方程的思想用于自适应预失真信号处理中,仿真结果证明其有一定的矫正效果。但由于在复数域内计算,运算量大。本文针对这一点,在割线法基础上提出了一种新的基于Discrete Newton法的自适应方法。其核心思想是将一个一元复方程转换为一个二元实方程组,也就是转换成幅度方程和相位方程,运用非线性方程组求根的Discrete Newton法,自适应迭代求出预失真器的参数。该方法具有相对较好的矫正效果,占用较少的运算时间。