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在实际应用中，由大量无线传感器节点构成的无线传感网络，由于传感器节点采用电池供电、部署区域复杂，使其更换电池难以实现。因此，如何减小传感器节点能量消耗，提高整个网络的能量效率是无线传感网络需要解决的重大问题。传感器节点的能耗由电路能耗和发送能耗组成。研究表明，在不增加系统发射功率和带宽的前提下，应用协作MIMO技术的无线传感网络系统能够有效提升网络能量效率。本文主要研究的是协作通信中的功率分配和中继拓扑问题。主要解决的问题如下：一、详细地分析了协作MIMO系统的能耗模型，给出了能耗的闭合解析式，并根据此解析式推出了MIMO系统的能耗优化模型。二、详细地分析了中继系统的网络拓扑和SER性能，给出了直线型中继系统的SER值。提出了基于系统最小SER的最优功率分配模型和最佳网络拓扑模型。三、本文结合协作MIMO系统和直线型三点中继系统提出了一种新型的MI-R-MO系统模型。详细地分析了MI-R-MO系统的能耗性能和SER性能，通过公式和仿真证明，MI-R-MO系统在一定条件下的能耗优于MIMO系统和直线型三点中继系统。四、详细地分析了MI-R-MO系统基于最小SER性能下的功率分配和中继位置的最优能耗模型。给出了系统的最优功率分配和最佳中继位置。通过仿真证明，采用了最优功率分配和最佳中继位置的MI-R-MO系统能耗和SER性能最佳。