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

1、近年來，隨著海洋經(jīng)濟(jì)得到了持續(xù)發(fā)展、自然科學(xué)和工程科學(xué)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)海洋的勘測(cè)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(zhēng)相研究的熱點(diǎn)。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(jìn)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(diǎn)，而且它們都被部署在海底或者借助浮標(biāo)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(duì)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(hào)本身或者在某一個(gè)變換域內(nèi)可以用少數(shù)的幾個(gè)系數(shù)表示出來，就可以利用滿足一定條件的觀測(cè)矩陣對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行稀疏觀測(cè)獲取少量觀測(cè)值并對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行高精度的重

3、構(gòu)。當(dāng)然，條件是這個(gè)變換域（基）需要滿足RIP(Restricted Isometry Property)準(zhǔn)則，并且觀測(cè)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(cè)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(cè)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(diǎn)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(cè)方案，主要針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中多用戶系統(tǒng)實(shí)際激活用戶數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用戶總數(shù)的情況。根據(jù)多用戶系統(tǒng)中信號(hào)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(cè)算法，實(shí)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