无线传感网中基于波束成形的协同传输方法

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1、硕士学位论文无线传感网中基于波束成形的协同传输方法ACOOPERATIVETRANSMISSIONMETHODBASEDONBEAMFORMINGFORWIRELESSSENSORNETWORKS朱师妲哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TN919.34学校代码：10213国际图书分类号：621.38密级：公开工学硕士学位论文无线传感网中基于波束成形的协同传输方法硕士研究生：朱师妲导师：顾学迈教授申请学位：工学硕士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位

2、：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN919.34U.D.C:621.38DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringACOOPERATIVETRANSMISSIONMETHODBASEDONBEAMFORMINGFORWIRELESSSENSORNETWORKSCandidate：ZhuShidaSupervisor：Prof.GuXuemaiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringInforma

3、tionandCommunicationSpeciality：EngineeringSchoolofElectronicsandAffiliation：InformationEngineeringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要无线传感器网络具有多样的应用和广阔的前景，但由于自身特点，也受到了一定的限制，特别是在面临远距离通信时。布设汇聚节点和采

4、用多跳方式均会带来不便或导致通信性能下降。本文通过将分布式传输波束成形应用到无线传感器网络中，使多个传感器节点以协同的方式同时向远端发送相同的消息，通过在接收端叠加信号，扩展通信距离。然而，无线传感器网络的各个节点间彼此独立，没有统一的时间参考，也没有精确的节点位置信息，在这种已知信息十分有限的前提下，如何使多节点信号同频同相地到达接收端，是本文研究的重点问题。本文中设计了一种无线传感器网络中的多传感器节点协同传输方案。首先通过RSSI测距方法划定参与协同传输的传感器节点范围，并将接收端广播设计成断续的形

5、式，延长接收端载波周期，避免相位模糊的问题。接下来，在上述条件限制下，设计接收端载波同步方案，主要思路为：被选中的传感器节点工作在主—从模式下，以高空平台接收端载波广播为跟踪目标调整自身振荡，从节点向主节点发射本地振荡信号。主节点以本地振荡为参考，对从节点信号进行相位反转，同时根据从节点信号到达时间，给予相应信号一定的延时后，沿原路径将信号发回。从节点接收主节点发回的信号并以此为载波向高空接收端发送消息，因上下行路径累积相位抵消，传感器节点信号在到达接收端时同频同相。同时，论文对上述方案给出了数学描述，对

6、方案中涉及到的重要参数进行了推导和计算，分析了协同传输方案的性能。最后，参考802.15.4协议给出协同传输方案的典型应用场景。对文中设计的无线传感器网络协同传输方案进行了仿真，验证了协同传输方案的原理，分析了协同传输波束特性、接收增益等通信性能，并对其他几种经典协同传输方案进行了仿真，将其与本文提出的方法进行了对比分析。研究表明，在无线传感器网络中应用波束成形方法是可行的，在合理设计的基础上，应用协同传输方案，可以将无线传感器网络的通信范围扩展到与高空平台建立直接通信链路。关键词：无线传感器网络；协同传

7、输；载波同步；波束成形I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWirelesssensornetworkhasdiverseapplicationandbroadprospect.However,therearesomelimitsduetoitspeculiarity,especiallywhenitcomestolong-distancecommunication.Applyingsinknodeandtransmittingthroughmultiple-hoparewaysofsolvin

8、gtheproblem,butitwillbringinconvenienceorlowercommunicationperformance.Inthisthesis,traditionaltheoryofbeamformingisintroducedtoWSN.Severalsensornodescooperatetotransmitsameinformationtothedistantdestination.Bycarri