无线芯片域网络组网及多址通信机制研究

摘要

移动互联网和物联网推动着未来5G技术的研究热潮，而随着高频段UWB和60GHz毫米波芯片内/间无线互连技术的发展成熟，为5G高速率、低时延、低功耗目标的实现提供了技术支撑，并为其超密集网络指明了新的应用场景——无线芯片域网络(WCAN)。本文首先介绍了WCAN的国内外研究现状及应用潜力，指出了现有WCAN组网及通信机制存在的劣势与不足。针对平面自组织架构网络规模受限，信令开销过多，仲裁制度不完善和集中式组网架构中心节点负荷较重易造成网络拥塞的问题。以WCAN中PCB板上芯片内/间高速无线互连(WCAN-PCB)为应用场景，通过调研与需求分析，提出了基于蜂窝自组织的WCAN-PCB组网模型，重点研究了其网络架构和芯片布局方案。此外还对适用于该组网方案的无线节点进行设计，并给出了协议栈各层的通信策略，在这之后通过搭建NS2仿真平台，对其网络性能进行评估，并与传统的平面Mesh架构进行对比，得到了更优的吞吐量、端到端延时、抖动、丢包率和能耗性能，验证了所提方案的优越性。
　　在上述组网模型的基础上，又对其多址通信机制进行研究，建立了基于TH-PPM的多用户分组碰撞模型，分析了系统存在的干扰噪声源及BER性能，确定了相适应的多址接入机制，并在此基础上提出了自适应多址分配方案，设计了智能化的传输机制对WCAN-PCB中芯片内/间的功率、误码率、传输速率进行权衡。最后通过仿真结果显示该方案在确保系统QoS可靠的同时，能够合理地分配系统资源，显著提高系统的传输性能，有效解决固定多址分配技术存在资源分配不均，系统性能不稳定的缺陷。
　　本文的研究对今后WCAN组网及5G通信技术的发展有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 WCAN的国内外研究现状

1．2．1 WCAN物理层技术发展历程

1．2．2 WCAN组网技术研究进展

1．2．3 WCAN的应用潜力

1．3 研究内容及意义

1．4 论文结构安排

第2章 WCAN组网原理及相关机制

2．1 基于自组织的分布式组网架构

2．1．1 无线自组织网络的概念

2．1．2 自组织网络分布式体系架构

2．1．3 无线芯片域网络与自组网

2．2 基于集中管理的蜂窝组网架构

2．2．1 蜂窝网络的概念

2．2．2 蜂窝组网的体系架构

2．2．3 无线芯片域网络与集中式组网

2．3 本章总结

第3章 基于蜂窝自组织的WCAN-PCB组网方案

3．1 设计思路

3．2 WCAN-PCB网络组网模型

3．2．1 蜂窝自组织的WCAN-PCB网络架构

3．2．2 WCAN-PCB中RF节点设计

3．2．3 WCAN-PCB物理层相关机制

3．2．4 WCAN-PCB数据链路层相关机制

3．2．5 WCAN-PCB网络层相关机制

3．3 蜂窝自组织WCAN-PCB的设计示例

3．4 网络性能评估及仿真分析

3．4．1 性能评估

3．4．2 网络性能仿真结果及分析

3．5 本章总结

第4章 WCAN-PCB中多址通信机制研究

4．1 基于TH-PPM的WCAN-PCB分组碰撞模型

4．1．1 WCAN-PCB中多用户干扰特性的分析

4．1．2 WCAN-PCB中物理信道特性分析

4．1．3 WCAN-PCB中的噪声模型

4．1．4 WCAN-PCB中信干噪比与BER性能分析

4．2 基于TH-PPM的多址接入机制

4．3 基于TH-PPM的自适应多址分配方案

4．3．1 传统的固定多址分配方案分析

4．3．2 WCAN-PCB自适应多址分配方案

4．4 仿真结果与比较

4．4．1 仿真环境参数

4．4．2 仿真结果及分析

4．5 本章总结

第5章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文及研究成果