無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼的虛擬MIMO傳輸技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs，Wireless Sensor Networks)是一門融合了計(jì)算機(jī)、無線通信、傳感器、自動(dòng)控制、信息處理、人工智能、以及微機(jī)電系統(tǒng)等學(xué)科的新興技術(shù)。WSNs具有規(guī)模大、部署簡(jiǎn)單、低功耗、動(dòng)態(tài)拓?fù)洹⒆越M織、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，在軍事、環(huán)境科學(xué)、智能家居、醫(yī)療健康、空間探索等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。WSNs是面向數(shù)據(jù)的泛在網(wǎng)絡(luò)，其部署和使用的目的是感知監(jiān)測(cè)對(duì)象的各種物理信息，并以多跳傳輸?shù)姆绞綄?shí)時(shí)地將有用的數(shù)據(jù)發(fā)送給

2、遠(yuǎn)端的用戶。在此多跳傳輸鏈路中同時(shí)有上行的感知數(shù)據(jù)和下行的系統(tǒng)控制、管理、分配監(jiān)測(cè)任務(wù)等數(shù)據(jù)。WSNs通常被部署在比較惡劣的環(huán)境中，通信鏈路的狀態(tài)以及其它節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的干擾對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂绊懞艽?，并且隨著跳數(shù)的增加，影響就越發(fā)明顯。多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)匯聚可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)擁塞，從而增加網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、降低系統(tǒng)容量。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)使用電池供電并且難以被替換，一旦傳感器節(jié)點(diǎn)的電源耗盡將會(huì)直接影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)上述問題，本文研究了WS

3、N中基于分簇多跳傳輸模型的可靠、高效的雙向多跳數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，并具有能量效率高、時(shí)延小等優(yōu)點(diǎn)。本文主要進(jìn)行了如下研究：
　　 1)研究分析了分簇多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于虛擬多輸入多輸出(VMIMO，Virtual Multiple-Input Multiple-Output)技術(shù)的傳輸系統(tǒng)模型，并對(duì)MIMO系統(tǒng)的可靠性、能耗和容量進(jìn)行研究，針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大和能量受限的特點(diǎn)，選擇適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的具有可靠性高、

4、能耗低、譯碼簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的MIMO傳輸技術(shù)。
　　 2)空時(shí)分組碼(STBC，Space-Time Block Coding)技術(shù)能夠充分利用MIMO信道中多個(gè)獨(dú)立的單輸入單輸出(SISO，Single-Input Single-Output)傳輸通路獲得空間分集增益，從而大幅提高無線系統(tǒng)抗衰落的能力，并能顯著地提高系統(tǒng)容量。論文研究了STBC中的正交空時(shí)分組碼(OSTBC，Orthogonal Space-Time Block

5、Coding)，OSTBC通過在發(fā)射端對(duì)發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行正交編碼處理，發(fā)射機(jī)不需要信道信息就可以實(shí)現(xiàn)分集增益，并且接收端譯碼簡(jiǎn)單，在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。但是OSTBC編碼方法當(dāng)發(fā)射天線數(shù)大于2時(shí)，不能獲得全速率傳輸，頻譜效率較低。因此本文研究一種改進(jìn)的OSTBC算法，當(dāng)發(fā)射天線數(shù)為4時(shí)，仍然可以實(shí)現(xiàn)全速率傳輸。
　　 3)在多跳中繼網(wǎng)絡(luò)中，中間節(jié)點(diǎn)只對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)和放大，而網(wǎng)絡(luò)編碼(NC，Network Coding)允許