多跳无线网络位置感知与能效优化

满足泛在通信需求的多跳无线网络是无线通信领域的研究热点。共享信道、多跳传输造成节点间发送数据冲突和干扰，导致频谱利用率下降。节点能量和性能的有限性，限制了节点的使用寿命，减少了网络的生存周期。本项目基于给定传输时隙中传输信息所需的能量由干扰距离和目标传输距离两者决定，提出应用位置感知信息优化网络频带效率和能量效率，综合考评单位比特信息在网络中经过不同的多跳路径策略进行传输时，其端到端的频带利用率和能量消耗。研究节点位置感知策略，提高位置感知的准确度和灵敏度；研究位置信息（传输距离）与能量效率Eb/N0和带宽效率R的关系，根据距离加权的信息能耗表达，研究信息传输可以到达的目标距离、干扰距离和空间复用的安全距离；研究系统能量-带宽最佳综合指数的信息传输策略，最大限度地降低能量消耗，提高传输带宽利用率。

在多跳无线网络中，共享信道、多跳传输造成节点间发送数据冲突和干扰，导致频谱利用率下降。节点能量和性能的有限性，限制了节点的使用寿命，减少了网络的生存周期。因此，频带效率和能量效率的优化显得尤为重要。本课题围绕多跳无线网络中应用位置感知信息进行能效优化问题开展研究。内容涵盖多跳无线网络传输理论和仿真建模、高效低耗的协作传输方案和调度策略、移动用户位置和网络容量预测、基于扩频信号、可见光和射频标签识别的定位技术、以及非视距误差消除算法等。课题期间共完成论文48篇，其中SCI 检索论文1篇，EI检索16篇，核心期刊论文21篇，国际会议论文14篇，获得两项国家发明专利和1项实用新型专利，取得了课题预期的理论研究成果。.在高效低耗的协作传输方案和调度策略研究中：课题基于香农理论，将协作多播能量效率最大化问题转化为能量消耗最小化问题，提出了综合基站的覆盖率、中继的组合、每个中继传输的用户组合、基站与中继的传输时间的优化方案，该方案通过设置合适的基站覆盖率和优化中继组合能使能量效率达到最高；同时为了降低节点能耗，在LEACH协议的基础上提出了在选举簇头时，改变阈值T(n)的大小以降低节点成为簇头的概率，从而节省网络因分簇而消耗的能量。随后提出了一种基于节点剩余能量的二层簇头的算法，该算法能使节点减少将冗余信息传输到基站，从而达到降低节点消耗能量的目的；此外，还研究了终端直通（D2D）链路质量差异对资源效率造成的影响，并通过采用了遍历链路质量矩阵自适应选取最优阈值，以优先选择可实现较高数据速率的D2D链路进行数据转发，从而达到提高时频资源的利用率的目的。.为了获得更精确的位置感知信息，课题对定位技术也开展了相关的研究工作。具体的内容包括：分析了非视距对定位系统造成的影响，推导出了基于成像传感器的接收机位置估计的理论极限值，并对影响定位误差的因素包括：接收机距房顶的垂直距离、透镜焦距、成像传感器的像素大小以及帧速率等参数进行了分析。同时对实际环境下基于射频标签识别的定位技术进行了研究，以及实现了一个基于Chirp扩频信号的高精度室内定位通信系统。除此之外，为了保障应急环境下多跳无线网络的可靠性的需求，课题还研究了多径环境下的速率自适应算法和复合编码技术，并取得了很好的成果。