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随着第五代移动通信(The Fifth Generation of Mobile Communications,5G)的快速发展,作为5G通信的重要组成部分,物联网(Internet of Things,IoT)已经渗透到日常生活中的各个方面。由于物联网中的传感器节点数量众多、储能少,不适合远距离传输,无法构建全面覆盖的物联网通信系统,本文提出了将中继协同技术运用到物联网通信系统中,并结合环境反向散射技术来提高系统的稳定性和可靠性。本文主要从系统性能出发,研究了中继增强的无线物联协作传输机制,论文主要工作和创新点如下:1.针对物联网系统中多跳协同传输的场景,为满足低功耗和高可靠等系统传输要求,提出了目的节点利用收发端直达链路和多跳中继协同链路的最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)实现信号分集接收的传输方案。其中源节点到目的节点的直达径传输和多跳协同传输信道均服从Nakagami-m分布,该分布可涵盖瑞利分布和莱斯分布等信道特性,增加了理论分析的难度。本文在获得接收端信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)的概率密度函数(Probability Distribution Function,PDF)闭合表达式的基础上,利用概率密度函数分析法和积分特性等方法,在无任何函数近似的条件下,推导出了基于多跳协同传输的物联网系统中断概率和误码率(Bit Error Rate,BER)的闭合表达式。通过数值仿真验证了所提方案的合理性和理论分析的正确性,并且在此基础上仿真对比了物联网系统传输过程中多跳协同传输和多跳链路中继数对系统误码率以及中断概率性能的影响。2.针对无线物联多跳通信系统能效低的问题,本文对中继节点利用收集的能量采用功率分流法进行能量收集和信息传输算法进行了设计,其中算法设计是基于能效最大化的优化准则,能效函数定义为瞬时吞吐量与硬件电路总功耗的比值,中继节点利用源节点发送的信号进行能量收集,考虑EARTH计划中实际的功率转换效率和硬件电路损耗的功耗因子,推导了多用户中继协同的无线物联系统能量收集和信息传输的最优功率分配方案的解析解,由于该优化问题是非凸问题,所以本文利用高信噪比近似法并通过拉格朗日算法和Lambert W函数推导并获得了该优化问题的最优解,最后利用数值仿真对该优化问题进行了验证。3.针对传统/双站反向散射技术通信距离受限,以及大规模电子标签/传感器与阅读器之间传输效率低且干扰严重等问题,本文开展环境反向散射通信系统中大规模电子标签/传感器多跳信息传输技术及理论的研究。由于环境反向散射的能量来源于环境,其通信模式不同于现有的无线通信系统,所以本文设计出大规模标签/传感器环境下基于Wi-Fi架构进行能量收集和无线传输的多跳通信协议,构建出了一个通信效果良好并且节能的多用户中继协同网络,提出基于能效的优化方案并进行性能分析。最后,通过数值仿真验证了所提方案的有效性。