基於壓縮感知的分散式無線網路研究

《基於壓縮感知的分散式無線網路研究》是依託北京郵電大學，由徐文波擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於壓縮感知的分散式無線網路研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐文波
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

經典的奈奎斯特採樣定理要求採樣速率至少是信號最高頻率的兩倍，這對於具有大量節點間互動的分散式無線網路而言，造成節點處理的數據量過高，增加了設備硬體成本和能耗。應促拘經統計分析，通信信號大都屬於稀疏信號。由壓縮感知理論可知，稀疏信號只需少數線性觀測值即可可靠表征原始信息，從而在不影響網路性能的前提下大幅降低各節點處理的數據量。針對分散式無線網路，本項目主要研究：（1）基於壓縮感知的網路傳輸模型及系統最佳化方法；（2）接收端重建方法及其理論性能；（3）衰落信道條件下的壓縮感知方法。本項目旨在根據分散式無線網路特性，建立基於壓縮感知的網路傳輸模型，提出充分利用信號特徵的重建方法，解決相關最佳化方法的理論問題，為基於壓縮感知的分散式無線網路研究提供理論基礎與方案支持，為降低網路成本和能耗做出貢獻。

結題摘要

項目組深入研究基於壓縮感知的分散式無線網路，提出了壓縮信號處理方法，推導了相關的理論性能，包括：基於壓縮感知的網路傳輸模型及系統最佳化方法、接收端信號重建方法及理論性能分析、衰落信道中壓縮感知方法。 在網路傳輸模型及系統最佳化方面，首先，針對協作解碼中繼的分散式系統仔燥棗，提出了基於壓縮感知的傳送端編斷愉企碼、中繼端轉發以及接收端解碼方案，推導出不同方案的系統可達速率。其次，針對放大中繼系統的壓縮協作機制，根據所使用的不同測量矩陣設計了相應的最佳化解碼策略，推導出系統可達速率。隨後，針蘭辨希烏對認知網路中多個從用戶協助中繼主用戶信號的情況，設計了相應的傳輸策略並推導了網路中斷容量。最後，針對採用壓縮感知的傳送端，提出了基於Toeplitz結構的分段模擬信息轉換器（AIC, Analog-to-Information Converter）和對角調製寬頻轉換器，從模擬信號轎境幾樂獲得低維數字採樣，並實現了典型AIC採樣結構的硬體平台。 在信號重建方法及理論性能分析方面，首先，在存在多個量化轉發中繼的分散式系統中，提出傳送端和中繼端的編碼方案，並利用信號在編碼域和採樣域的分集提出兩種聯合解碼方案。其次，基於單比特量化機制，提出適用於多節點網路的分散式壓縮感知方案，有效降低了每個分散式節點的傳輸數據量。另外，基於稀疏信號的先驗信息，包括非零位置的非零機率和特殊稀疏結構，提出了多種壓縮感知重建府牛勸算法。最後，針對壓縮感知傳輸系統同時受到密集噪聲和稀疏噪聲影響時充探，推導得到了重建支撐集合的理論性能。 在衰落信道中壓縮感知方法研究方面，將衰落對系統傳輸的影響建模為擾動壓縮感知，並針對完全稀疏信號和強衰落信號，基於有限等距性質推導了聯合正交匹配追蹤算法的重建性能。另外，針對慢時變衰落信道中的壓縮感知數據傳輸過程進行最佳化設計。通過將衰落信道的影響建模為測量矩陣的擾動，在接收端使用壓縮感知擾動重建算法和半盲信道估計技術，構建出一種有效而可靠的數據重建和信道重建結構。 項目所提出的信號處理方法均有理論或仿真支撐，具有良好的性能，為壓縮感知在分散式無線網路的套用做出了一定的貢獻。項目組共發表/錄用SCI檢索論文7篇、EI論文9篇；申請專利3項；出席國際學術會議做分組報告5次；培養博士碩士共12人。本項目圓滿完成了預定目標。