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物联网信道模型及相关技术研究

李奕  
【摘要】:物联网是由多项信息技术融合而成的新型技术体系,被称为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。作为连接所有“物-物”关系的泛在网络,物联网还处于“概念”阶段,虽然已有部分成熟技术可供应用,但是,更多相关领域的研究还没有展开。因此,信道模型、协作传输方法以及信息压缩处理都是其研究的重要内容,与物联网能否进入实用阶段有着密切的联系。 本文主要工作与贡献包括以下几个方面: 1.提出了基于物联网市区环境的改进Clarke模型。依据物联网市区环境的特点,克服了Clarke理论模型虽能精确描述信道但计算量过大,Jakes模型及很多改进模型精简了计算量但统计特性不好的弊端,提出一种改进Clarke模型。通过统计特性的计算,表明改进模型在比理论模型减少约一半计算量的基础上,保持了广义平稳态,且在有限N值的情况下,可以得到更好的高阶统计特性。通过仿真结果的比较,改进模型的一、二阶统计特性均比Wu模型(一种改进Jakes模型)更贴近理论模型,具有更好的独立性。 2.提出了基于物联网远郊环境的改进Rician模型。通过推导分析和仿真证明了该模型符合Rician分布特点,是广义平稳的并具各态历经性,比较了Rician因子取不同值时统计特性的变化。改进Rician模型的特点是它的互相关函数尤其是相邻信道的互相关函数非常小,具有非常好的独立性。 3.研究了协作分集技术,计算了直接传送方式以及协作分集技术(含放大转发和解码转发方式两种方式)的信噪比及误码率,分别以Matlab内建仿真信道模型、1中提出的改进Clarke模型和2中提出的改进Rician模型为底层通信信道,搭建了协作分集系统仿真平台,进行了误码率的验证。仿真结果表明了改进模型的可信性和有效性,并得出协作分集技术更适用于物联网环境的结论。 4.提出了两种针对物联网物理标识语言(PML)文件的无损压缩算法-改进Ⅰ型和Ⅱ型Huffman编码算法。Ⅰ型算法为基于Huffman编码的整元素压缩法,属于最优化编码;Ⅱ型算法针对Ⅰ型算法中可能出现的内存空间不足情况,以平均码字长度的增加换取占用内存空间的减少。通过比较标准Huffman、改进Ⅰ型和改进Ⅱ型算法在处理不同大小文件时的压缩情况,证明两种改进算法的压缩比都大于标准Huffman编码,能为物联网提供更为高效的传输效率。而且,改进算法弥补了Huffman编码没有错误保护功能的缺陷,在不增加传送数据总量的同时,为解压译码提供了一定的检错能力。


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