[发明专利]基于异步协作的无线传感器网络中的空时传输系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线信息传输领域，特别涉及一种基于中继节点异步放大转发协作通信的无线传感器网络中的分布式空时传输系统及方法。

背景技术

空时传输技术是指在发送端和接收端都采用多天线的技术，其能够显著提高通信系统的容量和无线传输链路的质量，因而其已成为无线通信领域里的一个研究热点。然而，由于受终端设备价格、及体积等因素的影响，在无线传感器网络的节点上配置多天线是不太切合实际的。为了解决这个问题，协作通信和虚拟多天线这两个概念应运而生。

协作通信技术是一种以分布式的形式开拓空间分集的方法。利用无线信号在传输的过程中能被周围的中继节点收到的特点，作为信源节点的发射端可以与作为中继节点的发射端协作将信息传递到作为信宿节点的接收端，从而达到空间分集的目的。如此，通过一定的协议可使各单天线系统共享彼此天线而形成虚拟多天线来协作传输信息，从而可以有效地提高系统性能。而按照作为中继节点的发射端对接收信号的操作方式，协作方案可分为放大转发、译码转发等，其中放大转发方案由于其复杂度较低，且只需要中继节点简单地转发经线性处理过的信号而不需要解码，因此更加受到人们关注。

由于这些中继节点以分布式的形式工作于自由空间中，全局统一的定时模块的缺乏及不同的空间传播距离会在不同的中继节点间引入时延，即这些中继节点将工作于异步模式。如何对抗定时误差引入的码间干扰是一个非常重要的研究课题。尽管一些现有技术方案考虑到这一情形，提出了一些基于异步协作的分布式空时传输系统及方法，但这些现有技术方案只考虑了译码转发的协作方案。而译码转发的协作方案需要随机协作的中继节点在知道信源节点的码书情形下进行译码再协作传输，且对信源节点和中继节点间的无线链路质量要求较高。考虑到放大转发协作方案的低复杂度等优点，如何解决基于中继节点异步放大转发协作通信的无线传感器网络中的分布式空时传输问题已成为本领域技术人员亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于中继节点异步放大转发协作通信的无线传感器网络中的分布式空时传输系统及方法，克服不同中继节点对应的中继传输链路间存在的定时误差对系统性能的干扰，以分布式的形式开拓空间分集增益。

按照本发明的一方面，一种基于中继节点异步放大转发协作通信的无线传感器网络中的分布式空时传输系统，包括：

信源模块A：用于信源节点产生要传输的字符数据；

编码模块B，用于信源节点对调制以后的符号进行编码；

加循环前缀模块C：用于信源节点根据反馈的信息将得到的每帧数据加上循环前缀；

数模转换(D/A)模块D：用于信源节点将数字信号变换成模拟信号；

信道模块E1～E2：信源节点与2个中继节点间的无线平坦衰落信道；

模数转换(A/D)模块F1～F2：用于各中继节点将接收到的模拟信号变换成数字信号；

信号处理模块G1～G2：各中继节点对接收数据做相应的线性处理，用于分布式空时编码；

D/A模块H1～H2：用于各中继节点将数字信号变换成模拟信号；

信道模块I1～I2：2个中继节点与信宿节点间的无线平坦衰落信道；

A/D模块J：用于信宿节点将接收到的模拟信号变换成数字信号；

定时误差估计模块K：用于信宿节点估计具体的不同中继节点对应的中继传输链路间的相对定时误差；

反馈模块L：用于信宿节点将定时误差等信息反馈到信源节点；

去循环前缀模块M：将循环前缀去掉；

信号处理模块N：N为含FFT运算，均衡和IFFT运算的信号处理模块，其中均衡可以选择迫零均衡，最小均方误差均衡等方式；

判决处理模块O：判决处理并输出符号。

按照本发明的另一方面，一种基于中继节点异步放大转发协作通信的无线传感器网络中的分布式空时传输方法，包括步骤：

1)信宿节点通过定时误差估计模块估计出链路：信源节点→中继节点1→信宿节点与链路：信源节点→中继节点2→信宿节点间的相对定时误差；

2)信宿节点的反馈模块将步骤1)中得到的相对定时误差反馈到信源节点的加循环前缀模块；

3)信源节点根据反馈的信息确定信源节点和中继节点的功率分配系数；

4)信源节点通过编码模块对要传送的字符数据进行编码；

5)信源节点通过加循环前缀模块对编码后的数据添加循环前缀，乘以功率分配系数，并于第一时隙发射；