面向水下傳感器網(wǎng)絡(luò)壓縮感知多用戶檢測技術(shù).pdf

1、近年來，隨著海洋經(jīng)濟得到了持續(xù)發(fā)展、自然科學和工程科學的不斷發(fā)展和進步，人們對海洋的勘測和利用程度逐漸的加大，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)越來越成為業(yè)內(nèi)人士爭相研究的熱點。水下傳感器通信網(wǎng)絡(luò)不同于部署在空氣中的傳感器網(wǎng)絡(luò)，二者的通信環(huán)境大相徑庭。由于電磁波在水下環(huán)境中迅速衰減，所以在水下通信中通常利用聲波進行通信，而水聲通信又面臨著帶寬受限等問題；除此之外，水下傳感器網(wǎng)絡(luò)絕大多數(shù)都包含有大量的傳感器節(jié)點，而且它們都被部署在海底或者借助浮標懸浮在深海，

2、要給傳感器網(wǎng)絡(luò)提供持續(xù)的能源或者經(jīng)常為傳感器網(wǎng)絡(luò)更換電池是非常困難的。因此對于水下傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，能夠高效的利用帶寬資源、節(jié)約能源提高網(wǎng)絡(luò)壽命就顯得無比重要。令人興奮的是，壓縮感知理論的提出和不斷成熟，為水下傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化提出了新的解決方案。
　　根據(jù)壓縮感知基本理論：只要是原始信號本身或者在某一個變換域內(nèi)可以用少數(shù)的幾個系數(shù)表示出來，就可以利用滿足一定條件的觀測矩陣對原始信號進行稀疏觀測獲取少量觀測值并對原始信號進行高精度的重

3、構(gòu)。當然，條件是這個變換域（基）需要滿足RIP(Restricted Isometry Property)準則，并且觀測矩陣與之不相關(guān)。壓縮感知理論之所以可以與水下傳感器網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，原因就在于自然界中存在的絕大多數(shù)數(shù)據(jù)都具有稀疏性。采用了壓縮感知理論之后，只需獲取極少量的數(shù)據(jù)就可以高概率、高精度的重構(gòu)出原始數(shù)據(jù)的圖譜。
　　本文主要研究了在二維水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于壓縮感知理論的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)重構(gòu)方案，主要針數(shù)據(jù)獲取和多用戶檢測兩大

4、方面。在本論文提出的方案中，壓縮感知分別與多址接入和多用戶檢測技術(shù)相結(jié)合，大大減少了水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中所需部署的傳感器節(jié)點的數(shù)目、所需獲取的數(shù)據(jù)數(shù)目以及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，在節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的基礎(chǔ)上，大大節(jié)省了能量和帶寬。本文提出的壓縮感知多用戶檢測方案，主要針對實際應(yīng)用中多用戶系統(tǒng)實際激活用戶數(shù)目遠遠小于用戶總數(shù)的情況。根據(jù)多用戶系統(tǒng)中信號的稀疏度水平結(jié)合了壓縮感知算法和傳統(tǒng)的多用戶檢測算法，實現(xiàn)了系統(tǒng)誤碼率性能的提升。理論分析和仿真結(jié)果表明