适用于大规模无线传感器网络的高效分布式编码调制方案设计

As a class of nonlinear modulations, binary CPM has been adopted by wireless sensor standards to support low power-consumption and low data rate transmission. As the emerge of new applications, high speed data transmission is required by large-scale wireless sensor networks. Therefore, this project proposes to develop power-efficient and spectrally-efficient coded modulations based on nonbinary CPM and distributed space-time coding. The main challenges of large-scale wireless networks are synchronization and randomly accessible relays.Accordingly, the orthogonal asynchronous distributed space-time coding is developed. Based on interference analysis derived from multiuser CPM, the orthogonal design is proposed and applied in asynchronous distributed space-time coding. Moreover, the mismatched-receiver theory is used to analyze the performance of low-complexity detection and the upper bound of the performance is presented in terms of Euclidean distance. Comparing with linear modulations, the proposed scheme can improve the RF efficiency from 40% to 80% while achieving high spectral efficiency and low detection complexity, which makes it a novel proposal for large-scale wireless sensor networks.

作为一类非线性调制方案，二元连续相位调制（CPM）已经被传感器协议采用，是高能效、低速率传输模式下的主要调制方式。随着应用场景的拓展，大规模无线传感器网络对高速率数据传输的需求愈来愈紧迫。因此，本课题拟采用高能效、高谱效率的多元CPM调制结合分布式空时编码来设计适用于传感器网络的编码调制方案。针对大规模无线感器网络中同步困难和中继节点数目随机变化的挑战，本课题提出设计具有scale-free特性的正交异步分布式空时编码。在借鉴多用户CPM系统中信号间干扰分析的基础上，本课题给出了CPM正交设计方法并将其应用于异步分布式空时编码方案。进一步地，本课题利用失配接收机理论分析了低复杂度检测算法的性能，并以等效欧氏距离的形式给出其上界。相对于线性调制方案，本课题的方案将射频电路的能效从40%提高至70%以上，并且兼顾了谱效率和检测复杂度，是一类适用于大规模无线传感器网络的新型编码调制方案。

在本课题中，我们针对传感器网络中从源节点至中继、中继至目的节点两个阶段中的点对点传输机制做了深入分析，取得了一些重要理论成果。具体内容包括分析了点对点信号传输过程中多路信号并行传输过程中的干扰机制与干扰抑制措施。我们以连续相位调制（CPM）为例提出了实用单用户检测的低复杂度多用户检测算法。.其次，我们研究了5G候选调制方式之一FTN。作为一种高谱效率的调制方式，FTN已经在引起了研究者的广泛关注，并且正在考虑应用于卫星通信等无线通信系统中。在本年度的研究中我们考虑了FTN的功率分配与低复杂度检测方案。最后，针对军用传感器网络。我们研究了在有强干扰背景下的波形设计、编码调制方案、与低复杂度检测方案设计。本课题的研究为传感器网络中的编码调制方案提供了新的技术路线，能够为设计低复杂度、高谱效率、高能效的传输方案提供有益的见解。