協(xié)作通信在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用策略研究.pdf

1、協(xié)作通信技術(shù)，是一種使得僅有單天線的移動(dòng)終端也可以實(shí)現(xiàn)空間分集的新技術(shù)。它通過(guò)系統(tǒng)中各個(gè)用戶幫助其伙伴用戶傳輸信息，共享彼此的天線和空間信道資源，構(gòu)成虛擬MIMO系統(tǒng)，從而獲得了空間分集增益。而在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸功率受電池能量有限的約束，難以進(jìn)行有效的長(zhǎng)距離通信。利用協(xié)作通信技術(shù)，可以將多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成虛擬天線陣列，通過(guò)多節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作在多徑衰落環(huán)境中進(jìn)行可靠通信，降低因?yàn)樾盘?hào)衰落造成的誤碼引起的重傳，提高節(jié)點(diǎn)能量的利用

2、率，克服傳感器節(jié)點(diǎn)能量受限的弱點(diǎn)。由于節(jié)點(diǎn)能量受限是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，因此協(xié)作通信技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用極具意義。 本文主要針對(duì)協(xié)作通信技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究。首先，本文從傳輸策略、目的端的信號(hào)合并策略以及評(píng)價(jià)指標(biāo)這幾個(gè)方面，詳細(xì)分析了不同的協(xié)作通信策略。針對(duì)協(xié)作通信傳輸策略，主要研究了解碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）、放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）、選擇中繼和編碼協(xié)作（CC）模式；對(duì)于信號(hào)合并策略，主要研究了最

3、佳選擇合并，最大比合并及等增益合并；而對(duì)于協(xié)作通信的評(píng)價(jià)指標(biāo)，則分析了信道容量、中斷概率和誤碼率等不同指標(biāo)。針對(duì)不同協(xié)作通信策略在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用適用度，文章進(jìn)一步做了優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)比較。同時(shí)，本文提出將誤碼率為協(xié)作通信在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的首要指標(biāo)?？紤]到無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的電源能量極其有限，協(xié)作通信在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用必須進(jìn)行功率優(yōu)化分配。本文先為單中繼三端協(xié)作通信系統(tǒng)建立了系統(tǒng)模型，依次對(duì)不同的協(xié)作通信傳輸策略進(jìn)行了誤碼率分析，

4、得出了一些誤碼率上下限值的有用結(jié)論。并且，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步分析了中繼節(jié)點(diǎn)所處的信道質(zhì)量與當(dāng)前最優(yōu)傳輸策略的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，本文以誤碼率最小化為優(yōu)化目標(biāo)，為放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）策略提出了兩種利用拉格朗日乘數(shù)法推導(dǎo)的功率優(yōu)化分配算法：第一種算法利用誤碼率下限來(lái)代替平均誤碼率進(jìn)行功率優(yōu)化分配，而第二種算法則利用一個(gè)漸近平均誤碼率表達(dá)式來(lái)代替平均誤碼率進(jìn)行功率優(yōu)化分配。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，文章提出的功率優(yōu)化算法能有效的降低系統(tǒng)誤碼率，提高系統(tǒng)性