无线传感器网络中的多节点协同信号发射和接收方法

摘要

本发明公开了一种无线传感器网络中的多节点协同信号发射和接收方法；该方法分为两个阶段：在信道估计阶段，通过发送训练序列，在协同传输节点和信宿节点分别估计出两跳信道，并将协同传输节点估计的第一跳信道以前馈的方式传递给信宿节点；在信号传输阶段，通过在发射机端发送单载波符号块；在多个中继端对接收到的符号块进行随机的循环移位、添加循环前缀、放大并向目的节点转发；在接收端接收并截取信号，设计频域判决反馈均衡器，使得其通过接收机并得到正确的判决信号。本发明方法能够克服信号协调的问题，同时大大减小了计算量，更重要的是可以使得无线传感器网络中的异步协作通信系统获得满分集。

主权项

无线传感器网络中的多节点协同信号发射和接收方法，其特征在于，采用一个信源节点，一个信宿节点，R个协同传输节点的无线传感器网络系统模型，其中信源节点、R个协同传输节点和信宿节点均配置单天线；协同传输节点采用协作的方式共享彼此的天线以形成一个虚拟的多天线结构，实现空域分集；具体分为两个阶段，包括下述步骤：第一阶段：信道估计阶段：第一步，信源节点向协同传输节点发送训练序列，协同传输节点通过接收到的序列估计出第一跳信道f_l,l＝1,2,…,R；第二步，协同传输节点向信宿节点发送训练序列，并将估计的第一跳信道f_l,l＝1,2,…,R以前馈的方式传递给信宿节点；信宿节点通过接收到的序列估计出第二跳信道g_l,l＝1,…,R；第二阶段：信号传输阶段：第一步，在信源节点，采用单载波块发射，发送一个N长符号块x_n,n＝0,1,2,…,N‑1，符号功率为N为正整数且为2的整数幂；第二步，信源节点发射的信号分别通过信道f_l,l＝1,2,…,R传播到各协同传输节点，记第l个协同传输节点的接收信号为则协同传输节点接收到信号为：$r_n^l=f_l{x}_n+v_n---\left(1\right)$其中，v_n是信道噪声；第三步，各协同传输节点分别在[0,N/10]区间内按照均匀分布随机得产生一个整数，分别记为δ₁,δ₂,…,δ_R；每个协同传输节点基于产生的随机整数将接收到的符号块循环移位δ_i,i＝1,2,…,R位；第四步，添加循环前缀：取协同传输节点随机循环移位之后的符号块的最后G位，复制并添加到各个符号块的前端，形成一块单载波循环前缀符号；第五步，信号放大转发：协同传输节点对接收到的信号放大，并向信宿节点转发；假设在信源节点和协同传输节点的发射功率均为ρ，记第l个协同传输节点发射信号为则协同传输节点发射信号为：$t_n^l=\frac{r_n^l}{E\left|\right|r_n^l\left|\right|}·\sqrt{\rho }---\left(3\right)$其中E(·)表示均值；第六步，各协同传输节点转发的信号分别通过信道g_l传播到信宿节点；记从信源节点到协同传输节点再到信宿节点的延时分别为τ_l；介于这些延时是相对的，设τ₁＝0,且τ₁≤τ₂≤…≤τ_R，且G≥τ_R；因为时延的缘故，信宿节点接收到信号为：y＝λhX+λgV+u_n；                (5)其中，表示放大增益；$y=[y_{N-G},···,y_{N-1},y_0,···,y_{N-1},y_N,···,y_{N+{\tau }_R-1}],u_n=[u_{N-G},···,u_{N-1},u_0,···,u_{N-1},u_N,···,u_{N+{\tau }_R-1}];$信道h＝[h₁  h₂  …  h_R],g＝[g₁  g₂  …  g_R]，其中的h_l＝f_lg_l,l＝1,2,…,R，u_n为的信道噪声，X为信号矩阵：V为噪声矩阵：第七步，信宿节点接收信号后截取完整的一块长度为N的单载波符号块：y＝[y₀,…,y_N‑1]；第八步，在接收端设计频域判决反馈均衡器；利用MMSE准则计算频域最佳反馈滤波器系数k＝0，1，…，N‑1；第九步，计算均衡器的最佳反馈滤波器系数L为反馈滤波器的长度；第十步，接收信号y_n通过前馈滤波器生成中间信号s_n，用中间信号s_n减去前一时刻的判决信号并通过反馈滤波器生成待判决信号z_n，再使z_n通过判决器生成当前时刻的判决信号