面向无线体域网的网络编码协作超宽带系统优化设计与性能分析

With the increasing of aging populations, utilizing information technology to solve today's medical problems becomes an urgent task. As an important information technology, wireless body area network (WBAN) plays a crucial role in transmitting the body's physiological information. Nowadays, how to achieve low-power sensor nodes and ensure physiological information transmission of specific quality of service (QoS) requirements are significant challenges for WBAN applications. Aiming at satisfying specific QoS requirements of a WBAN sensor node, under in-body and on-body channels, we conduct a systematic research on the crucial technologies of network-coded cooperative transmission based on the hierarchical differential chaos shift keying ultra-wideband (HDCSK UWB). To be specific, 1) we first propose some construction methods of dynamic network coding and dynamic-adjustment-mechanism-based decoding algorithms with the help of designing suitable coding coefficients and improving cooperative maximal-ratio combining decoding algorithm; 2) we further propose some fast and effective joint relay-selection and power-allocation algorithms based on channel condition and multi-armed bandit theory; 3) we finally build the optimized model on the key parameters of the proposed system via numerical analysis and convex optimization theory, and then propose some optimized algorithms for the key parameters by employing hierarchical optimization method. Hence we provide a low-power WBAN. The expected results of this project will enrich the theory of WBAN.

随着人口老龄化问题的加剧，运用信息技术破解当今的医疗问题已成为当务之急。作为一种重要的信息技术，无线体域网(WBAN)技术在传输人体生理信息中起着关键作用。目前，如何实现低功耗的传感节点和保证特定服务质量(QoS)的生理信息有效传输是WBAN应用面临的重要挑战。本项目针对WBAN传感节点的特定QoS需求，面向体内体表信道，对基于分层差分混沌键控超宽带(HDCSK UWB)的网络编码协作传输关键技术进行系统研究。具体如下：1) 通过设计合适的编码系数和改进协作最大比合并译码算法，提出动态的网络编码构造方法和基于动态调整机制的译码算法；2) 基于信道条件和多臂赌博机理论，提出快速而有效的中继选择及功率分配联合算法；3) 借助数值分析和凸优化理论，建立系统关键参数的优化模型，利用分级优化方法，提出关键参数的优化算法，从而获得低功耗的WBAN。本项目的相关研究成果将有助于丰富WBAN理论。

以人为中心的无线体域网(WBAN)在传输人体的生理信息起着关键作用。为了实现低功耗的WBAN传感节点和保证特定服务质量的WBAN生理信息有效传输，本项目主要基于混沌调制、混沌超宽带(UWB)、中继协议和网络编码等方面开展了系统深入的研究。具体成果如下：1) 提出了一种多中继网络编码差分混沌健控(DCSK)系统框架，并设计了三种基于判决信息的中继选择策略；2) 基于二阶的非线性运算，设计了一种面向DCSK UWB系统的增强型检测器，并推广到多用户场景；3) 设计了一系列新型混沌调制通信系统，包括基于方形星座的分层DCSK调制通信系统、码索引多载波多元DCSK通信系统等，并提出了一种利用多项式近似方法来推导多元DCSK调制系统的理论误码率闭式解；4) 提出了一种面向服务质量的新型缓冲中继植入式WBAN系统框架；基于此，提出了一种缓冲中继辅助的DCSK通信系统，并设计了两种中继传输协议。 . 在该项目的支持下，本课题组已发表/录用学术论文27篇，其中SCI期刊论文21篇，EI会议论文6篇。在所发表的SCI期刊论文中，包含IEEE期刊论文19篇，IEEE Trans./Mag.论文11篇。授权发明专利6项。. 本项目的相关研究成果不仅丰富了WBAN的理论体系，而且为WBAN提供了一种重要的物理层技术方案。.