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《华中科技大学》 2007年
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无线传感器网络虚拟MIMO接收技术研究

程波  
【摘要】: 近年来,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)以其巨大的应用潜力吸引了众多国内外研究者的关注。然而,设计一个能够达到实际应用需求的无线传感器网络却面临许多挑战。无线传感器网络一般都是由一些能量受限的微小节点组成,因此其中一个关键的问题就是怎样设计一种高效节能的传输方式。 协作式传输技术的出现为上述问题提供了一种新的解决方案,其中尤以虚拟MIMO(Virtual Multiple Input Multiple Out)引人注目。该技术允许多个单天线节点进行协作式信息处理,构成一个虚拟的天线阵列,以MIMO的方式完成信息的传输,可以极大地提高传输的能耗效率。作为一个完整的传输方案不可缺少的组成部分,接收机的性能对整个传输的性能具有重要影响。本文在前人研究的基础上,重点研究了无线传感器网络虚拟MIMO传输中,汇聚节点的接收机设计。 当前的研究中,对于接收机的设计,存在如下问题: 1.研究者一般假定无线传感器网络协作式MIMO传输的信道条件为准静态,并且只是应用最简单的接收机来考察传输方式的性能,没有完全体现出虚拟MIMO传输的优势; 2.无线传感器网络信道条件不是准静态的情况在实际应用中很多,如利用高速飞行的飞机收集一片传感器监测区域数据的应用等,信道为快衰落。然而,当前还缺少对上述信道条件下的接收机设计。 针对上述问题,本文设计了一种WSN中基于虚拟MIMO的统一传输结构,基于此结构,分别就准静态和快衰落信道条件下的接收机进行了设计与改进,取得的成果如下: 1. WSN中基于多簇协作的虚拟MIMO统一传输结构 提出了一种新的基于多簇的协作传输结构,同时具有STBC和V-BLAST协作方式的优点,可根据应用的不同需求特征,改变两种协作方式的偏重。针对这种传输结构,提出了一种较为通用的基于Gram-Schmidt正交化块QR分解的接收解码算法。该算法利用了等效的传输信道矩阵所具有的部分正交结构,降低了等效信道矩阵QR分解的复杂度。 2.准静态信道条件下WSN虚拟MIMO的接收机设计 提出了一种基于分块的球形解码的接收算法以及球形预处理方法,它把要求解的未知信号矢量分为多个块,然后对每一块利用球形解码进行求解,使准静态信道条件下的接收机在具有高BER性能的同时具有较低的复杂度,提高了汇聚节点解码的速度,降低了传输所需的能量,使参与协作发送的传感器节点以较少的能量即可完成任务。 3.快衰落信道条件下WSN虚拟MIMO的接收机设计提出了一种基于盲接收设计的接收机,使基于虚拟MIMO的传输在快衰落信道条件下能够实现。该接收机利用了序列蒙特卡罗方法,能够根据接收的到信号全盲地进行解码,并且能够自适应地跟踪信道状况的变化。 以上研究工作得到了如下项目资助: 1.国家自然科学基金项目,”可重构MIMO的无线传感器网络信息处理与传输”,项目编号No. 60572049 2.国家自然科学基金项目,”自组织认知无线电网络关键技术研究”,项目编号No. 60602029 3.湖北省智能互联网技术重点实验室开放基金项目,”自组织认知无线电网络关键技术研究”,项目编号No.HSIT200605
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP212.9;TN929.5

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【引证文献】
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2 肖明;无线传感器网络中基于分簇的虚拟MIMO传输策略的研究[D];中国科学技术大学;2011年
【共引文献】
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3 张应博;秦钟;王法胜;;神经网络训练中的粒子滤波算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 ;Rao-Blackwellized Particle Filtering for Fault Detection and Diagnosis[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 ;Particle Filter Tracking in Low Frame Rate Video[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
6 周开军;余伶俐;;基于粒子滤波器的故障预测方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
7 王亚楠;陈杰;甘明刚;;基于差分进化的改进粒子滤波目标跟踪算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
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【同被引文献】
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9 范新运,王福豹,任丰原;无线传感器网络的路由协议[J];计算机测量与控制;2005年09期
10 何晨光;尚海英;沙学军;;基于虚拟MIMO技术的无线传感网协议设计[J];科学技术与工程;2009年06期
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1 徐超;面向大型工程健康监测的无线传感器网络基本理论和关键技术研究[D];武汉理工大学;2007年
2 徐侃如;协作式MIMO传感器网络中能量高效的传输策略研究[D];华中科技大学;2007年
3 丁杰;新型高效协作式移动无线传感器网络技术研究[D];北京邮电大学;2012年
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6 侯晓东;基于簇的无线传感器网络层次路由协议研究[D];华北电力大学(北京);2008年
【二级引证文献】
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1 康一鑫;输电线路监测无线传感器网络数据博弈转发算法的研究[D];华北电力大学;2013年
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6 朱秋琴;张天平;杨月全;;一种改进的MIMO时滞系统的自适应神经网络控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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1 琇文;MIMO战已经开打 未来将无所不在[N];电子资讯时报;2005年
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3 国家知识产权局知识产权发展研究中心 王雷 国家知识产权局专利局 戴妮;中国已成MIMO专利第四大原创国[N];通信产业报;2008年
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