協(xié)作通信在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用策略研究.pdf

1、協(xié)作通信技術(shù)，是一種使得僅有單天線的移動終端也可以實現(xiàn)空間分集的新技術(shù)。它通過系統(tǒng)中各個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。而在無線傳感器網(wǎng)絡中，每個節(jié)點的傳輸功率受電池能量有限的約束，難以進行有效的長距離通信。利用協(xié)作通信技術(shù)，可以將多個傳感器節(jié)點構(gòu)成虛擬天線陣列，通過多節(jié)點間的協(xié)作在多徑衰落環(huán)境中進行可靠通信，降低因為信號衰落造成的誤碼引起的重傳，提高節(jié)點能量的利用

2、率，克服傳感器節(jié)點能量受限的弱點。由于節(jié)點能量受限是無線傳感器網(wǎng)絡的關(guān)鍵問題之一，因此協(xié)作通信技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用極具意義。 本文主要針對協(xié)作通信技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)絡中應用的幾個關(guān)鍵問題進行了研究。首先，本文從傳輸策略、目的端的信號合并策略以及評價指標這幾個方面，詳細分析了不同的協(xié)作通信策略。針對協(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；對于信號合并策略，主要研究了最

3、佳選擇合并，最大比合并及等增益合并；而對于協(xié)作通信的評價指標，則分析了信道容量、中斷概率和誤碼率等不同指標。針對不同協(xié)作通信策略在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用適用度，文章進一步做了優(yōu)勢劣勢比較。同時，本文提出將誤碼率為協(xié)作通信在無線傳感器網(wǎng)絡環(huán)境下的首要指標?？紤]到無線傳感器節(jié)點的電源能量極其有限，協(xié)作通信在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用必須進行功率優(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，依次對不同的協(xié)作通信傳輸策略進行了誤碼率分析，

4、得出了一些誤碼率上下限值的有用結(jié)論。并且，通過仿真實驗，進一步分析了中繼節(jié)點所處的信道質(zhì)量與當前最優(yōu)傳輸策略的關(guān)系。在此基礎上，本文以誤碼率最小化為優(yōu)化目標，為放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）策略提出了兩種利用拉格朗日乘數(shù)法推導的功率優(yōu)化分配算法：第一種算法利用誤碼率下限來代替平均誤碼率進行功率優(yōu)化分配，而第二種算法則利用一個漸近平均誤碼率表達式來代替平均誤碼率進行功率優(yōu)化分配。仿真實驗結(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