無線納米傳感網節(jié)能編碼研究.pdf

1、無線納米傳感網由大量納米傳感器構成，采用太赫茲（Terahertz, THz）頻段（0.1-10 THz）電磁波通信，在生物醫(yī)學、環(huán)境、工業(yè)和軍事等諸多領域有著許多極有前景的應用（例如，健康監(jiān)測系統、空氣污染監(jiān)測系統、納米物聯網、核生化防御系統等），將極大地改變人們的日常生活并影響社會發(fā)展。構成無線納米傳感網的納米傳感器在能量儲存能力、通信能力和計算能力等方面都極其有限，能量有效性成為無線納米傳感網的重要研究問題之一。本文研究無線納米傳

2、感網節(jié)能編碼，旨在通過編碼方法節(jié)省無線納米傳感網中的通信能耗。本文的研究工作對于促進無線納米傳感網在眾多領域的先進應用的基礎研究具有重要的學術價值。本文在介紹無線納米傳感網中的基于開關鍵控的調制方案、THz信道模型及低碼重編碼等后續(xù)研究內容的知識基礎的基礎上；分別針對不同的情況，研究無線納米傳感網中基于時域擴展開關鍵控調制的節(jié)能編碼方案。
　　本研究主要內容包括：⑴針對源字等概率出現的場景，提出一種無線納米傳感網中優(yōu)化通信能耗的平

3、均碼重（Average Codeword Weight, ACW）最小化編碼（ACW-Minimization Coding, ACW-MC）。ACW-MC在誤比特率較小的無線納米傳感網場景中具有較好的能量有效性。特別地，我們重點關注ACW-MC優(yōu)化碼本的構建算法及碼長對ACW的影響。在無線納米傳感網能耗分析的基礎上，提出一種新的綜合考慮發(fā)送端能耗和接收端能耗的能耗模型，該能耗模型不同于現有工作，既考慮傳輸能耗和接收能耗，又考慮發(fā)送端和

4、接收端的電路能耗。⑵針對源字非等概率出現的場景，提出一種無線納米傳感網中非等概源字通信能耗最小化編碼（Communication Energy Minimization Coding, CEMC）。較之未編碼（Non-Coding, NC）及脈沖位置編碼（Pulse Position Coding, PPC）、最小化能耗的編碼和超低重碼等編碼，CEMC具有較好的能量有效性。我們給出一種綜合考慮傳輸能耗和接收能耗的通信能耗模型。對于給定的

5、碼長，CEMC在構建最小化ACW的優(yōu)化碼本的基礎上，把出現概率較高的源字編碼為碼重較小的碼字，從而最小化加權平均碼重；在滿足碼長閾值和編碼速率閾值約束的情況下，建立通信能耗優(yōu)化問題，得到最小化通信能耗的優(yōu)化碼長，給出碼長優(yōu)化的CEMC。⑶針對在無線納米傳感網中傳輸實時信息流的場景，提出一種無線納米傳感網中實時信息流通信能耗優(yōu)化編碼（Energy Optimization Coding, EOC）。EOC較之NC及無線納米網最小能耗編碼具

6、有更好的能量有效性，而且源字長度較小，適用于實時信息流較長的場景。EOC的能耗模型綜合考慮傳輸實時信息流時發(fā)送端能耗和接收端能耗，其中包含了編碼字典收發(fā)能耗。在建立聯合優(yōu)化源字長度和碼長的通信能耗優(yōu)化問題的基礎上，給出EOC的編碼算法。⑷在無線納米傳感網編碼的能量有效性之外，考慮編碼的信道容量性能，提出一種聯合太赫茲信道容量性能的節(jié)能編碼（Energy Saving Coding, ESC）。較之低碼重信道編碼和PPC等編碼，ESC具有