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无线通信论文摘要范文无线通信论文摘要写 衰落和干扰是制约无线通信系统性能的主要因素.过去15年,针对衰落的研究已经非常成熟.因此,近年来,干扰以及干扰抑制技术研究已逐渐成为无线通信研究领域中的一个热点.尤其是面对极端恶劣通信环境中微弱信号检测时,无线通信抗干扰技术研究和应用具有重要的现实意义和工程价值. 为此,考虑极端恶劣通信环境,本文尝试寻找二维扩频信号在多径衰落和高斯白噪声干扰条件下的极限性能；并针对LTE上行通信链路面临的干扰,提出了一种多天线同频干扰抑制算法；然后,针对高速加扰、解扰实现,提出一种多核并行处理方法.最后,以实际误码率作为测试指标,提出一种抗干扰技术性能的验证方法,设计并实现了验证平台. 首先,考虑多径衰落信道中的时频二维扩频BPSK调制信号,针对联合相干非相干检测算法,寻找二维扩频信号抗干扰性能上限.分析得到了扩频信号处理增益的闭合表达式；信号带宽无限增大或符号长度无限增大时,扩频信号处理增益不会无限增大；处理增益的上限由信道参数、信噪比决定.分析与仿真结果表明,BPSK调制、20dB信噪比、100Hz最大多普勒频移、5,10-6负指数分布参数的充分散射多径信道,扩频信号的处理增益不超过30dB. 其次,考虑多接收天线的LTE上行通信链路,针对该链路中的WiFi同频干扰,提出了一种新的多天线合并方法：干扰重建抑制合并(Interference ReconstructionRejection Combing, IRRC).仿真结果表明：多径衰落信道条件下,考虑一发两收、QPSK调制、0dB干信比的LTE上行信号,与传统的IRC方法相比,最小均方误差准则下应用IRRC方法约有2dB的发射功率改善. 然后,针对宽带无线信号高速加扰、解扰实现,提出了一种基于稀疏矩阵的多核并行扰码方法.运算量分析结果表明,采用IEEE802.11n中的扰码生成多项式,与普通矩阵乘法实现的多核并行扰码方法相比,基于稀疏矩阵的多核并行扰码方法,其运算量降低了一个数量级. 最后,设计并实现了一种新型的误码率测试仪,用以衡量无线通信设备的抗干扰性能.为了获得待测设备在衰落信道下的误码性能,基于高速FPGA,采用查找表正弦叠加法,实现了能够模拟单径瑞利衰落信道的误码率测试仪.实验数据表明,在置信度为0.95的假设检验中,经过模拟信道的BPSK信号包络样本服从瑞利分布；测量误码率为10-3、观测样本数达到4,106个,所研制误码率测试仪在理论误码率,5%的置信区间内,置信度不小于0.99,能够满足单径瑞利信道中无线通信设备的误码率性能测试,有效降低了测试时间和成本. 本文分析了多径衰落信道中二维扩频信号的极限性能,研究了极端通信条件下同频干扰抑制技术,并提出了一种无线通信抗干扰性能验证方法,丰富了已有的无线通信抗干扰技术研究,具有现实的理论和实用价值.研究结果可应用于卫星导航、军用保密通信和下一代移动通信系统中. 研制低成本、高能效、高可靠性、高安全性的水下无线通信网络对于海洋环境监控、海洋资源开发等研究领域具有重要的理论意义和经济价值.由于受自身特性限制和水声通信环境制约,水下无线通信网络面临各种威胁和攻击,然而现有的水下通信研究多以节省能耗、延长网络寿命为出发点,忽视了潜在的安全问题.因此,研究现有水下无线通信技术存在的安全隐患,针对其面临的安全威胁和安全需求,设计适用于水下无线通信网络的安全技术和安全体系,具有重要的意义.本文对水下无线通信网络的若干安全关键技术进行了研究,并提出了一种适用于水下无线通信网络的安全体系.本文的主要研究内容包括： (1)研究了现有水下无线通信技术存在的安全隐患,并对现有水下安全技术进行了简要介绍.对各种攻击和安全威胁进行了相应研究,分析了各种攻击的特点及防御技术.根据水下无线通信网络的安全需求,提出了一种适用于水下分簇拓扑结构无线通信网络的安全体系,该安全体系由基于分簇拓扑的安全管理机制,基于能量和信任的安全成簇策略和基于分簇的安全MAC协议组成. (2)提出了一种基于分簇拓扑的安全管理机制,该机制主要包括：分级混合加密机制、分级混合密钥管理机制、分级信任管理机制和基于信任的恶意节点检测机制.分级混合加密机制将加密体系分为簇内通信加密和簇间通信加密,簇内通信加密采用对称加密机制,簇间通信加密采用混合加密机制；分级混合密钥管理机制将密钥管理体系分为簇内密钥管理和簇间密钥管理,综合采用密钥预分配策略和基于密钥分配中心的策略；分级信任管理机制将信任值的计算和管理分为三层,在成员节点上的信任计算、在簇头节点上的信任计算和在网关节点上的信任计算；基于信任的恶意节点检测机制将信任值作为判断节点恶意行为的依据,确定受攻击区域后通过查询构建区域路由树,从而确定恶意节点. (3)针对二维水下分簇拓扑,提出了一种基于能量和信任的安全成簇策略.该安全成簇策略主要由三部分构成：初始化阶段,簇头重选阶段和拓扑维护阶段.初始化阶段进行全网成簇,采用最小能耗成簇策略,成簇后网络结构固定；簇头重选阶段采用能量和信任值做为评价因子,由现任簇头对成员节点进行评估,选出综合评价因子最高的候选节点作为新任簇头；拓扑维护阶段主要负责监控簇内节点的状态,在拓扑结构发生变化时采用相应策略及时对网络拓扑进行维护. (4)针对现有水下MAC协议存在的安全问题,提出了一种基于分簇拓扑的安全MAC协议,该协议由簇内安全MAC协议与簇间安全MAC协议两部分组成.1)簇内采用TDMA协议,通过优化时隙分配机制提高了信道利用率；为满足高优先级、猝发通信的需求,引入了猝发通信机制,增强了协议的自适应性和可扩展性；簇间采用基于握手机制的CDMA协议,采用CDMA多址技术为每个簇分配不同扩频码,保证不同簇的控制帧和数据帧不会产生冲突,提高了信道利用率.2)引入了安全机制,增强了MAC协议的安全性：采用混沌扩频码代替传统的伪随机序列,增强了CDMA通信系统的的安全性；采用对称加密机制对保证了数据的机密性,并采用消息验证码保证了数据的完整性；对簇间握手机制的控制帧(RTS/CTS)采用基于身份的加密,保证了链路建立的安全性；并将簇间链路的建立与密钥协商融为一体,减少了额外的能量消耗,延长了节点的生存期. 随着现代化煤矿的要求及无线通信技术的发展,地面无线通信技术开始应用于煤矿井下通信.本文从煤矿井下灾害环境的特殊性及救援工作的安全性、紧迫性出发,通过分析W iF i短距离无线通信技术,提出了基于W iF i技术建立一种新的煤矿井下应急救援无线通信系统,重点介绍了其原理、硬件设计和软件仿真.该系统在灾后煤矿井下电力供应完全切断的情况下,仍能迅速建立应急救援无线通信链路.该系统基于S3C2410X ARM9硬件平台,硬件设计主要包括采集终端设备和链路路由设备两部分,可实现井下事故现场的环境参数监测、数据实时传输、语音通信等功能.通过NS2离线事件仿真器对系统仿真结果可以看,出该系统的时延小、抖动率低,传输速率随着时间的增加呈现稳定增长趋势,理论上基本满足井下应急救援通信需要,且性能比较稳定. 基于大规模MIMO基本架构,探讨了信道建模和系统性能分析、信道状态信息获取技术、多用户上下行无线传输技术等大规模MIMO传输关键技术,认为利用大规模阵列天线的多用户多输入多输出(MIMO)传输,将显著提升无线通信系统的频谱效率及功率效率. 随着“无线城市”概念的提出,WiFi无线通信技术得到了迅速发展,WiFi已成为当今无线网络接入的主流标准.国内外许多地区都提供了WiFi信号覆盖域,只要随身携带的电子产品上有WiFi终端,便可接入互联网.ARM是目前进行便携式电子产品开发的主流芯片,因此,对ARM架构下WiFi无线通信终端的研究具有非常重要的意义. 本文基于三星公司的S3C2440 ARM处理器和Linux嵌入式操作系统,对Marvell 88w8686 WiFi无线网络控制器的应用进行研究,实现一个可以在WiFi热点区域接入互联网、功耗小的无线通信终端.在软件方面,使用基于ADS集成开发平台的Bootloader,采用嵌入式Linux系统作为操作系统,使用Qtopia桌面环境,并采用基于Qt的Konqueror作为嵌入式浏览器. 本文阐述了无线通信终端软件部分从底层到顶层的实现.包括Bootloader的移植,Linux内核的移植,根文件系统的制作,WiFi无线网卡、LCD、触摸屏等设备驱动的移植,Qtopia桌面环境的移植以及Konqueror浏览器的移植,最后还简单介绍了人机交互界面和电源管理等应用程序的实现. 经测试表明,该无线通信终端可以在WiFi信号覆盖区域接入因特网,能通过鼠标、键盘和触摸屏进行操作.在电源管理功能上,系统能在正常状态、低功耗状态和休眠状态之间进行正常切换,能正确进行休眠和唤醒. 协作通信是IMT-Advanced系统中非常重要的技术,它利用无线媒介的广播特性,在不增加硬件复杂度的前提下,使得单根天线的用户利用协作伙伴的天线,形成虚拟的天线阵列,从而获得空间分集增益,来对抗无线信道的衰落、提升信道容量和无线链路的传输可靠性、扩大无线传输的覆盖范围；另一方面,随着无线通信网络逐渐向宽带化和智能化的方向发展,飞速增长的无线频谱资源需求和相对匮乏的频谱资源供给之间的矛盾日益加剧.然而,联邦通信委员会的研究报告表明,现有的固定频谱分配机制使得无线频谱资源在时域和频域上不同程度地被闲置和浪费.认知无线电技术,旨在打破传统僵化的频谱资源管理和使用机制,被认为是实现动态频谱接入,缓解无线频谱资源紧缺问题的关键技术.二者的结合能有效地改善系统的传输性能,提高频谱利用率,已成为当前的研究热点. 本论文针对协作通信中的多中继节点选择和资源分配、协作与认知无线通信网络中的TCP性能以及多媒体传输性能的优化进行了相关的研究,提出了相应的创新性解决机制,并做了详细的理论分析和性能仿真.本论文的主要贡献和创新点如下： 1.提出了解码转发式协作通信网络中的机会多中继选择策略和最优功率分配算法. 首先,分析了单中继节点选择策略无法获得“涌现”增益,而若所有中继节点都参与协作,又会加大系统实现复杂度、不利于同步的实现,因而需要选择合适数量的中继节点参与协作；另外,在无线传感器网络、移动Ad Hoc网络中,中继节点使用电池供电,能量是有限的,而网络生存时间又与节点的剩余能量密切相关. 第二,为延长平均网络生存时间,提出了基于瞬时信道状态信息和剩余能量信息的机会多中继选择策略,避免了过度使用信道条件较好的中继节点,平衡各节点的资源利用. 第三,在机会多中继选择的基础上,以最大化信道容量为优化目标,利用拉格朗日对偶分解和次梯度投影算法,对源节点和协作中继节点的功率进行最优分配. 最后,仿真结果表明,所提的机制能以较低的复杂度显著地提升平均网络生存时间,可通过调整权值系数使得信道容量和网络生存时间之间达到一个很好的折中. 2.提出了基于Underlay架构的协作与认知无线通信网络中的TCP端到端吞吐量优化机制. 首先,分析了基于Underlay架构的认知无线网络中优化TCP性能的必要性,讨论了可用频谱的动态特性、物理层的调制与编码机制、MAC层的自动重传机制对TCP端到端吞吐量的影响. 第二,考虑了授权用户(Primary User, PU)的服务质量(Quality of Service, QoS)需求.在认知用户(Secondary User, SU)接入授权频段的同时,保证PU链路的中断概率低于预设的门限；另外,能效的角度考虑了剩余能量对网络生存时间的影响. 第三,将基于Underlay架构的协作与认知无线通信网络描述为一个状态时变的*机(Restless Bandits)系统,利用其优先权-索引特性,通过线性规划松弛和原始-对偶启发式算法得出最优策略.最后,仿真结果表明,该机制能较大改善TCP端到端吞吐量. 3.从跨层设计的角度,提出了协作与认知无线通信网络中综合考虑信道感知与接入策略的多媒体性能优化机制. 首先,从用户感受角度出发,分析了协作与认知无线网络中多媒体性能优化的必要性,讨论了基于动态频谱特性的信道感知与接入策略对应用层多媒体传输性能的影响. 第三,由于漏检和误检会导致频谱占用状态无法直接观察,因而将信道感知和信道接入描述为部分可观测马尔可夫过程(POMDP).通过动态规划算法和值函数得到相应的最优策略,另外,为降低计算复杂度,通过贪婪算法得到次优策略. 最后,仿真结果表明,所提的机制能减小多媒体传输时的端到端的视频失真,提升了用户体验满意度. 近期以来,中国国家自然科学基金、美国国家科学基金和欧盟第七期科研架构都对无线传感器网络在电力系统中应用研究给予了的重点资助.xx年,美国国家标准技术委员会所制定的智能电网发展框架和路线图中将无线传感器网络中的IEEE802.15.4标准协议明确列为推荐的通信标准之一,无线传感器网络在智能电网中的应用研究有着广阔的发展前景. 将无线传感器网络应用于智能配电高性能数据通信,其实质是对一类具有不确定性过程和有确定实时性和可靠性数据传输QoS性能指标要求的多目标协调优化求解难题.其核心是：需改进IEEE802.15.4标准MAC协议信道抢占方式,在不提高网络开销情况下嵌入QoS功能；需增加数据流量和无线链路不确定性动态变化的预估功能,在保障QoS功能需求下构建具有控制机制的端到端路由协议；需规范网络节点布局和拓扑结构规划的设计方法,在满足配电网架构条件下优化无线传感器网络结构.针对上述问题,本文通过建立网络结构和链路质量、节点内和节点间竞争状态、数据性能分析的数学模型,从节点-网络-整体全面地对无线传感器网络在智能配电网高性能通信中的应用基础理论方法进行了研究,这对探索提高无线传感器网络性能提供了思路,对智能配电高性能通信应用具有很好的理论意义和实用价值. 本文的主要研究工作如下： （1）给出了智能配电通信无线传感器网络节点布局和拓扑结构规划的理论计算公式和设计方法.依据智能配电网高性能数据通信网络需求和所处地形地貌通信环境不确定性特点,通过建立无线传感器网络链路质量数学模型和网络结构数学模型,给出网络拓扑结构设计中节点距离、密度、覆盖面积和节点规模的计算方法,为智能配电通信无线传感器网络节点布置和拓扑结构的规划设计提供了理论依据. （2）提出了基于不公平竞争的智能配电高性能通信无线传感器网络QoS-MAC协议算法.根据配电网通信对各类数据的不同实时性传输需求,在不增加网络开销情况下改进IEEE802.15.4标准MAC层协议,提出了一种嵌入QoS功能的QoS-MAC协议算法,仿真实验结果表明,该方法在保持了MAC层传输性能的同时,实现了满足各类不同实时性数据需求的高性能数据传输. （3）提出了智能配电通信无线传感器网络MAC层性能分析数学模型.建立节点随机数据不公平竞争的马尔科夫缓冲队列状态数学模型、邻节点间无线信道竞争状态数学模型,构建节点状态和信道状态分析算法,解决了多优先级数据传输QoS-MAC协议传输性能的数学描述问题.仿真实验结果表明,该方法可以用于无线传感网络传输性能的验证分析. （4）提出了智能配电通信无线传感器网络端到端传输QoS保障控制路由协议.基于“预测-决策-执行”分层协作的思想,对数据流量和无线链路不确定性动态变化预估,优化传输数据路径决策,通过分类、缓冲和调度管理,有效分配有限网络资源,避免网络数据拥塞.仿真实验结果表明,该方法解决了智能配电网各类数据业务有确定性服务质量要求的端到端数据传输路径优化求解问题. （5）构造了智能配电通信无线传感器网络的模拟仿真环境.基于QualNet网络仿真软件,构建提出的智能配电通信无线传感器网络整体结构,加入智能配电通信无线传感器网络QoS-MAC协议和QoS保障控制路由协议算法,给出仿真软件参数设置和协议修改方法.根据配电终端设备的数据通信速率要求,测试网络端到端各类数据传输的实时性和可靠性的QoS服务功能.仿真实验结果表明：本文研究的从节点-网络-整体的理论方法可满足配电通信规范对节点各类数据包传输时延和接收率性能需求. （6）实际工程实现范例.根据黄山市配电网数据通信实际工程的配电网台区的地形、地貌、通信环境和配电信息化管理的需求,设计了智能配电通信无线传感器网络优化拓扑结构,研制无线传感器网络终端/路由/协调器,在网络节点嵌入QoS-MAC协议和QoS保障控制路由协议软件,编制了网关管理软件并与配电自动化管理系统联接,实现智能配电通信无线传感器网络的工程应用. 实际工程测试结果和仿真实验结果均验证表明,本文所做的应用基础理论研究和给出的设计方法可适应于配电网数据通信规范对数据传输QoS性能指标要求,达到了适用于智能配电网高性能数据通信的预期目标. 对太赫兹高速无线通信的国内外现状和发展趋势进行了全面的综述与分析.首先介绍了太赫兹通信的特点、频段和调制体制.在此基础上详细讨论了太赫兹无线通信的关键技术,包括太赫兹产生和功率放大技术、太赫兹接收检测技术、太赫兹调制解调技术、太赫兹传输技术、太赫兹高速通信数据流和网络协议技术、太赫兹集成微系统技术,然后重点介绍了日本、德国、美国和中国的几个典型的太赫兹通信验证系统,最后对太赫兹高速无线通信的应用和发展进行了展望. 室内可见光无线通信技术是随着白光LED照明技术的发展而兴起的无线光通信技术.由于白光LED拥有节能、寿命长、可靠性高等优点,而且响应时间极短,可以在兼顾照明的同时组成室内可见光无线通信系统. 本文在分析目前的可见光通信技术基础上,对室内可见光无线通信系统的关键技术进行了研究. 首先,对白光LED光源的照明情况进行了分析,给出了室内光照