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无线传感器网络中协作波束赋形及其旁瓣抑制算法

发布时间:2018-04-14 13:29

  本文选题:协作波束赋形 + 旁瓣抑制算法 ; 参考:《电子科技大学》2015年硕士论文


【摘要】:波束赋形技术可以在不增加带宽和能量损耗的情况下,通过多天线引入的空间特性大大提升系统吞吐量和覆盖范围,被广泛使用在现代无线通信的标准中。协作波束赋形技术利用多个无线节点的天线形成虚拟的天线阵列,并通过协作建立和协作发射两个步骤实现波束赋形。协作波束赋形可以有效节省无线网络的能量消耗、降低系统干扰,被广泛应用于能量有限的有无线传感器网络(WSN)中。本文对节点随机分布的协作波束赋形技术进行了较为深入的研究。首先,本文对协作波束赋形中的基本研究方法进行了概述,介绍了协作波束赋形中关键参数的求解方法及其物理意义,在概率统计的基础上给出了节点随机分布时波束图案的一般特性,分析了旁瓣峰值的分布特征,并对分析过程中的理论近似进行了推导验证。其次,本文对协作波束赋形的赋形方法进行了较为深入的研究,着重介绍了基于一比特反馈的协作波束赋形算法,并对算法的可行性进行了理论分析和仿真验证,评估了该算法的收敛速度。在此基础上本文提出了一种基于方向扰动的协作波束赋形算法,对其可行性进行了理论证明,并对算法的收敛特性进行了仿真,结果表明本文提出的算法大大提升了收敛速度。最后,本文对协作波束赋形中的旁瓣抑制算法进行了较为深入的研究,按算法的实现方式对算法进行了分类并分别分析了各算法的性能,比较了算法的优缺点。针对已有算法都回避直接求解权值的事实,本文提出了一种基于分布式计算的旁瓣抑制算法,通过分布式QR分解直接算出各节点所需权值,给出了一种新的旁瓣问题求解方式,并对算法的性能和求解特点进行了分析。
[Abstract]:Beamforming technology can greatly improve the system throughput and coverage without increasing bandwidth and energy loss. It is widely used in modern wireless communication standards.The cooperative beamforming technique uses the antennas of multiple wireless nodes to form a virtual antenna array and realizes the beamforming through two steps: cooperative establishment and cooperative transmission.Cooperative beamforming is widely used in wireless sensor networks (WSNs) which can save energy consumption and reduce system interference.In this paper, the cooperative beamforming technique with random distribution of nodes is studied deeply.First of all, this paper summarizes the basic research methods of cooperative beamforming, and introduces the solution method of key parameters in cooperative beamforming and its physical significance.On the basis of probability statistics, the general characteristics of beam pattern when nodes are randomly distributed are given, the distribution characteristics of sidelobe peak value are analyzed, and the theoretical approximation in the process of analysis is deduced and verified.Secondly, in this paper, the cooperative beamforming algorithm based on one bit feedback is studied deeply, and the feasibility of the algorithm is analyzed theoretically and verified by simulation.The convergence rate of the algorithm is evaluated.On this basis, a cooperative beamforming algorithm based on directional perturbation is proposed. The feasibility of the algorithm is proved theoretically, and the convergence characteristics of the algorithm are simulated. The results show that the proposed algorithm greatly improves the convergence speed.Finally, the sidelobe suppression algorithm in cooperative beamforming is studied in this paper. The algorithm is classified according to the implementation of the algorithm, and the performance of each algorithm is analyzed, and the advantages and disadvantages of the algorithm are compared.In view of the fact that all the existing algorithms avoid directly solving weights, this paper presents a sidelobe suppression algorithm based on distributed computation. By using distributed QR decomposition, the required weights of each node are directly calculated, and a new method of solving sidelobe problem is given.The performance and solution characteristics of the algorithm are analyzed.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN929.5;TP212.9

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本文编号:1749536

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