無線傳感器網(wǎng)絡中結合網(wǎng)絡編碼的虛擬MIMO傳輸技術研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(WSNs，Wireless Sensor Networks)是一門融合了計算機、無線通信、傳感器、自動控制、信息處理、人工智能、以及微機電系統(tǒng)等學科的新興技術。WSNs具有規(guī)模大、部署簡單、低功耗、動態(tài)拓撲、自組織、可擴展性強等特點，在軍事、環(huán)境科學、智能家居、醫(yī)療健康、空間探索等領域得到了廣泛地應用。WSNs是面向數(shù)據(jù)的泛在網(wǎng)絡，其部署和使用的目的是感知監(jiān)測對象的各種物理信息，并以多跳傳輸?shù)姆绞綄崟r地將有用的數(shù)據(jù)發(fā)送給

2、遠端的用戶。在此多跳傳輸鏈路中同時有上行的感知數(shù)據(jù)和下行的系統(tǒng)控制、管理、分配監(jiān)測任務等數(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)點數(shù)據(jù)的干擾對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂绊懞艽螅⑶译S著跳數(shù)的增加，影響就越發(fā)明顯。多個節(jié)點的數(shù)據(jù)在某個節(jié)點匯聚可能導致數(shù)據(jù)擁塞，從而增加網(wǎng)絡時延、降低系統(tǒng)容量。另外，傳感器節(jié)點使用電池供電并且難以被替換，一旦傳感器節(jié)點的電源耗盡將會直接影響到整個網(wǎng)絡功能的實現(xiàn)。針對上述問題，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，并具有能量效率高、時延小等優(yōu)點。本文主要進行了如下研究：
　　 1)研究分析了分簇多跳無線傳感器網(wǎng)絡中基于虛擬多輸入多輸出(VMIMO，Virtual Multiple-Input Multiple-Output)技術的傳輸系統(tǒng)模型，并對MIMO系統(tǒng)的可靠性、能耗和容量進行研究，針對無線傳感器網(wǎng)絡需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大和能量受限的特點，選擇適合無線傳感器網(wǎng)絡的具有可靠性高、

4、能耗低、譯碼簡單等優(yōu)點的MIMO傳輸技術。
　　 2)空時分組碼(STBC，Space-Time Block Coding)技術能夠充分利用MIMO信道中多個獨立的單輸入單輸出(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中的正交空時分組碼(OSTBC，Orthogonal Space-Time Block

5、Coding)，OSTBC通過在發(fā)射端對發(fā)射數(shù)據(jù)進行正交編碼處理，發(fā)射機不需要信道信息就可以實現(xiàn)分集增益，并且接收端譯碼簡單，在實際中得到了廣泛的應用。但是OSTBC編碼方法當發(fā)射天線數(shù)大于2時，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的OSTBC算法，當發(fā)射天線數(shù)為4時，仍然可以實現(xiàn)全速率傳輸。
　　 3)在多跳中繼網(wǎng)絡中，中間節(jié)點只對數(shù)據(jù)進行簡單的轉發(fā)和放大，而網(wǎng)絡編碼(NC，Network Coding)允許