基于能量獲取技術的水聲傳感器網(wǎng)絡關鍵技術研究.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)絡中，能量獲取是需要優(yōu)先考慮的一個問題，它是系統(tǒng)設計中最大的挑戰(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。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，并通過仿真對比驗證了MRC是合并技術中性能最優(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的水聲中繼協(xié)作模型，采用AF通信方式，推導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則下的時隙資源分配以及在能效最大準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