【摘 要】
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目前,随着5G物联网（Io T）技术的快速发展,作为其关键技术的无线传感器网络（WSN）研究受到广泛关注。对于诸多WSN应用场景,降低系统能耗和提高信号传输可靠性是首要问题。为此,本文主要开展了针对WSN的多中继编码选择译码转发（SDF）协作技术研究。首先,提出了协作通信多中继节点SDF及对应的功率分配方法,以降低中断几率。随后,提出了结合极化码编码技术得SDF中继通信方法,以提高信号传输可靠性。
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目前,随着5G物联网（Io T）技术的快速发展,作为其关键技术的无线传感器网络（WSN）研究受到广泛关注。对于诸多WSN应用场景,降低系统能耗和提高信号传输可靠性是首要问题。为此,本文主要开展了针对WSN的多中继编码选择译码转发（SDF）协作技术研究。首先,提出了协作通信多中继节点SDF及对应的功率分配方法,以降低中断几率。随后,提出了结合极化码编码技术得SDF中继通信方法,以提高信号传输可靠性。此外,针对中继节点电池能源损耗问题,优化了同步无线信号和功率传导（SWIPT）技术的功率分割协议,并提出了基于多中继SDF的能量收集通信系统,其采用自适应功率分割协议。全文研究内容和贡献如下:1.为了解决协作中继空间通信网络的低的信息传输成功概率的问题,提出了协作通信的多中继节点SDF及相应的功率分配方法。针对信道状态信息的多中继SDF,根据当前信噪比（SNR）,动态选择系统传输中断概率较低的中继节点集。而且,针对多中继SDF能耗利用率不高和频带利用率低等问题,提出了最佳中继节点选取方案并优化了分配功率方法,提高了信号中断性能,并降低了复杂度。仿真表明:设置的阈值越小,最佳中继节点选取及相应的分配功率方法系统的信号传输中断概率就越小。当系统中断概率为10-3时,阈值设置为0.1,0.3,0.5的最优中继节点选择及相应的功率分配方案相比基于信道状态信息的多中继SDF方案,约有10d B,7d B,4d B性能增益,阈值设置为1的最优中继节点选择及相应的功率分配方案相比基于信道状态信息的多中继SDF方案,约有3d B的性能损失。但随着SNR增加,基于信道状态信息的多中继SDF方案下降更快,SNR足够高时,信号中断几率低于最佳中继节点选取及相应的功率分配方案;2.为了提升无线协作中继系统消息的可靠性,提出了结合极化码编码的SDF中继通信方法。具体通过中继选择的决策因子来丢弃错误信息。在极化码译码算法方面,考虑置信传播（BP）译码,在译码过程中构造了一个可变迭代阈值,对可信度较高的节点停止迭代更新计算,减少了译码迭代平均次数。同时,在消息比特节点的对数似然比消息都可信时,停止对迭代更新的计算,并解码判决,提升了解码速率,降低了传统形式BP解码复杂性。仿真表明:所提复杂性降低BP解码算法,与传统形式BP算法对比,降低了约80%的解码迭代更新计算复杂度。当BER为10-4时,所提方案较LDPC编码SDF和极化码DF方案,性能分别提高了约1.5d B和3d B;3.为了解决中继终端电池能量损耗问题,提出了基于多中继SDF的自适应功率分割能量收集通信系统。针对中继终端能源缺陷,利用SWIPT技术,中继终端使用功率分割协议。所提方案应用自适应功率分割因子,根据信道特性最大化端到端瞬时信噪比,且在多个中继终端集合中选取系统瞬时SNR最好的中继节点传输,最大化了系统遍历容量,减少了中断概率。仿真表明:系统中断概率为10-3时,采用所提最优中继方法比随机方法提升约15d B增益。当系统中断概率为10-5时,采取所提出的自适应功率分割因子方法的性能,比固定功率分割因子为0.3、0.5、0.7的方法,分别提高了约3.5d B、1.7d B和1.5d B。本文所研究的协作通信的多中继节点选择译码转发及相应的功率分配方法,有效解决了协作中继空间通信网络的低的信息传输成功概率的问题。特别是提出结合了极化码编码SDF协作通信,在降低误码率（BER）的同时降低了极化码BP译码算法复杂性。同时,结合SWIPT提出了基于多中继SDF的自适应功率分割与能量收集通信系统,有效解决了中继节点电池能量损耗问题,非常适合于节点能耗受限的5G物联网协作的无线传感器网络传输应用。
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