基于能量獲取技術(shù)的水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、水聲通信是水下環(huán)境中實現(xiàn)無線傳輸?shù)闹饕侄?。在水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中，能量獲取是需要優(yōu)先考慮的一個問題，它是系統(tǒng)設(shè)計中最大的挑戰(zhàn)。本文提出了基于能量收集的水聲通信系統(tǒng)，在通信過程中采用了無線充電技術(shù)。此外，為了改善水聲通信多徑衰落的問題，引入中繼協(xié)作通信。本文主要針對水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中時隙資源和功率資源的分配進行研究，使得系統(tǒng)容量和能效最大化，具體的研究內(nèi)容和主要創(chuàng)新貢獻如下:
　　首先，本文詳細闡述了水聲信道的特性以及常用的水聲信道模型

2、，介紹了海洋中的聲速、傳播損失、噪聲、多徑傳播和多普勒頻移對水聲通信的影響。此外，還介紹了經(jīng)典的分集以及合并技術(shù)，并通過仿真對比驗證了MRC是合并技術(shù)中性能最優(yōu)的。另外還介紹了各種協(xié)作通信模型，包括放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)、解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)和編碼協(xié)作(CC)。
　　其次，本文深入研究了基于無線充電技術(shù)的水聲中繼協(xié)作模型，采用AF通信方式，推導(dǎo)出在可達遍歷和容量最大下的時隙資源分配方案，并對可達遍歷和容量隨路徑衰減系數(shù)、通信距離和發(fā)射功率的

3、變化進行性能仿真，仿真結(jié)果表明，本文提出的資源分配方案與其它方案相比，顯著提高了系統(tǒng)的可達遍歷和容量。
　　第三，本文采用DF的中繼通信方式，提出了和容量最大準(zhǔn)則下的時隙資源和功率資源聯(lián)合分配策略。此外，加入了綠色通信的考慮，假設(shè)發(fā)射端已知信道狀態(tài)信息(CSI)，系統(tǒng)的功率消耗主要由電路功率消耗和發(fā)射功率消耗兩部分組成的情況下，給出發(fā)射功率和時隙資源聯(lián)合分配策略，并分別在單用戶和多用戶的場景下驗證所提算法的合理性。仿真結(jié)果表明，所

4、提算法在逼近速度較快的前提下，有效地提高了系統(tǒng)的能量使用效率。
　　最后，本文研究了多天線水聲中繼轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，并給出了基于最大比合并(MRC)技術(shù)下的資源分配方案，即在中繼端使用多根天線并采用MRC技術(shù)進行信息的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。同時，基于前面的研究考慮各個通信時隙不相等的情況，給出了在和容量最大準(zhǔn)則下的時隙資源分配以及在能效最大準(zhǔn)則下的時隙資源和功率資源的聯(lián)合分配。仿真驗證了所提方案的最優(yōu)性和收斂性，并給出了改變天線數(shù)和用戶數(shù)對容量的影