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无线传感网中协作方式的研究
作 者: 潘林
导 师: 刘陈
学 校: 南京邮电大学
专 业: 电路与系统
关键词: 多输入多输出 协作通信 无线传感网络 分集度 放大转发 解码转发 非线性放大转发 中断概率
分类号: TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
随着物联网技术的发展,无线传感网络正受到越来越多的关注。但无线传感器低功率和无线信道衰落等因素,限制了无线传感网络中信息传输的性能。多输入多输出(multiple-input and multiple-output,MIMO)技术虽可抑制无线信道中的衰落影响,但需要在发送端和接收端安装多根天线,很难直接应用于无线传感网络。虚拟MIMO及协作通信技术,利用邻近节点间相互协作形成虚拟天线阵列(Virtual Antenna Array,VAA),以实现分集增益,进而提高系统抵抗衰落的能力。无线传感器网络利用协作通信技术,可提高信息传输速率、改善信息传输质量。作为国家自然科学基金项目(项目号:61071089)的子课题,本文在基于协作通信技术的无线传感网络中,对中继转发协议展开了研究。首先介绍了本文采用的瑞利衰落高斯白噪声信道模型和用以抵抗衰落的分集技术,分析了MIMO系统的信道模型和容量。然后对协作通信技术进行了深入的研究,主要分析了协作通信技术中的几种时隙分配方案,介绍了放大转发(amplify-and-forward,AF)和解码转发(decode-and-forward,DF)这两种基本的中继转发协议,并在正交时隙分配方案下,对AF和DF协议的中断概率和分集度进行了分析。接着提出了一种新的中继转发协议——非线性放大转发(nonlinear amplify-and-forward,NAF)协议。在新的协议中,给出了中继节点基于最小均方误差准则的最优信号估计的闭式解,并通过集约化,对该闭式解进行了简化。分析表明:较AF协议而言,NAF协议中目标节点可获得更高的接收信噪比;较DF而言,NAF避免了中继节点错误解码信号的传输。最后在传统的三节点系统和多中继节点系统中,对AF、DF和NAF的性能进行了理论分析和仿真。结果表明:NAF可达到满分集度,性能优于AF和DF。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 第一章 绪论 8-14 1.1 无线传感网络概述 8-10 1.2 MIMO 及协作通信 10-12 1.3 本文主要工作和内容安排 12-14 第二章 分集及MIMO 技术 14-22 2.1 无线信道模型 14-15 2.1.1 瑞利衰落信道 15 2.1.2 高斯白噪声 15 2.2 分集技术简介 15-19 2.2.1 时间分集 16 2.2.2 频率分集 16-17 2.2.3 空间分集 17 2.2.4 分集合并技术 17-19 2.3 MIMO 技术简介 19-22 2.3.1 MIMO 系统分析 19-20 2.3.2 虚拟MIMO 技术 20-22 第三章 协作通信系统 22-32 3.1 三节点中继模型 22-23 3.2 时隙分配方案描述 23-25 3.3 中继转发协议分析 25-28 3.3.1 AF 中继转发协议 26-27 3.3.2 DF 中继转发协议 27-28 3.4 协作通信中的性能指标 28-30 3.4.1 中断概率 28-29 3.4.2 分集度 29-30 3.5 本章小结 30-32 第四章 新中继转发协议的分析与仿真 32-54 4.1 非线性放大转发协议原理 32-34 4.2 基于MMSE 的最优中继估计 34-35 4.3 估计信号的集约化 35-40 4.3.1 集约化的三种情形 35-36 4.3.2 集约化在一般情形下的精确度 36-39 4.3.3 集约化在其他情形下的精确度 39-40 4.4 估计信号中噪声量分析 40-42 4.4.1 最差情形下的噪声量分析 41 4.4.2 一般情形下的噪声量分析 41-42 4.5 性能分析与比较 42-44 4.6 仿真 44-53 4.6.1 功率的仿真 45-48 4.6.2 中断概率及误码率的仿真 48-53 4.7 本章小结 53-54 第五章 多中继网络中的分析与仿真 54-64 5.1 性能分析与比较 55-59 5.2 仿真 59-62 5.3 关于仿真结果的进一步思考 62-63 5.4 本章小结 63-64 第六章 结论 64-66 致谢 66-67 参考文献 67-71 本人在攻读硕士研究生期间发表的论文 71
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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