基于DSTBC编码的无线传感器网络能量有效性研究

摘要

传感器网络集成了检测、控制以及无线通信于一体,节点数目庞大,分布密集;由于环境影响和能量消耗,节点更容易出现故障;环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化;通常情况下,大多数传感器节点是固定不动的。另外,传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都十分有限。传统无线网络的首要设计目标是提供高质量服务和高效率带宽利用,其次才考虑节约能源;而传感器网络的首要设计目标是能源的高效利用以延长整个网络的寿命,这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一。
　　目前,针对如何提高无线传感网的能量有效性,,许多国外和国内的学者都做了深入的研究。多入多出(MIMO:Multiple-Input Multiple-Output)技术可以有效地提高通信系统的频谱效率,降低通信系统的能耗。将MIMO技术与传感器网络相结合,便形成了虚拟多入多出(VMIMO:Virtual Multiple-Input Multiple-Output)传感器网络通信系统。当传输距离大于某一阈值时,VMIMO传感网比传统的无线传感网具有更高的能量有效性,从而可以延长整个网络寿命。本文就是在差分空时编码(DSTBC:Differential Space-Time Block Code)的基础上,对VMIMO传感器网络的能耗进行了分析和讨论,主要内容如下:
　　(1)讨论了三种常见的差分编码的编码和译码原理,并对其性能进行了仿真比较,从仿真结果中可以得知,DSTBC编码的性能最好。
　　(2)对采用DSTBC编码的MIMO系统的每比特能耗进行了分析,并与传统的单天线系统进行了比较,根据仿真结果可以得知,当传输距离大于某一阈值时，MIMO系统每比特能耗要低于单天线系统。
　　(3)讨论分析了基于DSTBC编码的VMIMO传感网的总能耗。由于MIMO系统比单天线系统的性能要好,在相同误码率条件下,MIMO系统每比特所需的最小发射能量要小于单天线系统,因此在传输距离较大时,MIMO系统可以有效地降低整个传感网的能耗。

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第一章绪论

1.1多天线通信技术

1.2无线传感器网络

1.3 VMIMO传感器网络

第二章空时编码调制技术

2.1 MIMO系统的容量

2.2空时编码简介

2.3空时码字设计准则

2.4第一类空时编码

2.5本章小结

第三章盲空时调制技术及其性能分析

3.1基于正交的差分空时编码

3.2酉空时码

3.3差分酉空时调制技术

3.4基于酉群码的差分空时调制技术

3.5性能仿真

3.6本章小结

第四章基于DSTBC编码的多天线系统每比特能耗分析

4.1 DSTBC系统的误码率表达式

4.2 DSTBC系统的性能仿真

4.3基于DSTBC编码的多天线系统每比特能耗分析

4.4本章小结

第五章VMIMO无线传感网总能耗分析

5.1 VMIMO传感网

5.2优化的DSTBC系统

5.3 VMIMO的能耗分析

5.4仿真结果

5.5本章小结

第六章结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢