大学科研成果论文(17)

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1、itFUJIANAGRICULTUREANDFORESTRYUNIVERSITY科研成果论文论文题目:压缩感知在超宽带无线中的应用学院：计算机与信息学院专业年级：电子信息工程2010级学号：姓名：指导教师、职称：2012年11月15日压缩感知在超宽带无线中的应用摘要：压缩感知是现代信号处理最新的研宄成果，在超宽带通信系统及无线传感器网络等领域具有广阔的应用前景具有重要的理论意义和实际意义。而认知无线电作为一种智能的频谱共亨技术可通过对无线环境的频谱感知，搜寻并利用己授权频段内米被利用的空闲频谱，实现不可再生频谱资源的再利用，力缓解频谱资源口益稀缺与对无线频谱耑求的口益增长之间的矛盾开辟了

2、一条有效的途径。针对认知超宽带网络中次用户与主用户共亨部分频段的特点，在稀疏信道模型的基础上，根据压缩感知重构得到的信道状态信息，提出了一种次用户对主用户的干扰功率之和最小的信道分配机制。利用认知无线电网络中主用户频谱占用的稀疏性，通过图模型理论对信道分配进行建模，采用最小和（Min—Sum）算法，通过迭代得出对主用户干扰功率最小的优化方案。仿真结果表明本文提出的算法可以将信道分配问题转化为物理距离和频域距离的优化问题，同时在不考虑算法屮“环路”的情况下，可以快速计算出对主用户干扰之和最小的信道分配方案。关键词：压缩感知：通信：无线：引言伴随着无线通信技术的高速发展，各种无线接入方式所依

3、赖的无线频谱资源日益稀缺，对这种自然资源的争夺逐渐成为制约高速无线业务普及的一个瓶颈。然而，与这种快速增长的需求相矛盾的是，现有的无线频谱资源浪费现象却非常严重。3GHz以上的频段儿乎没有被使用。其中3—4GHz频段的利用率只有0.5%,4—SGHz频段的利用率甚至只有0.3%;测试结果表明，企球授权频段，即便是在信号传播特性较好、需求紧张的300MHz到3GIIz频段，频谱利用率仅为5.2%。其中只有一少部分的频谱利用率较高，比如分配给移动通信的900MHz频段等，而大部分频谱处于空闲状态，尤其是一些信号传播特性比较好的频段。显然这和当前广泛关注的频谱资源短缺互相矛盾。造成这个矛盾的主

4、要原因是现有的频谱分配制度和信号发射功率限制，如何高效的利用现有的频谱资源成为近年來学术界和工业界研宂的热点。1928年，奈奎斯特采样定理巾美国电信工程师H.奈奎斯特（Nyquist）首先提出[1],1948年该定理又为信息论的创始人C.E.香农（Shannon）加以确切说明，并奈奎斯特采样定理正式被作为采样带限信号所遵循的规律。奈奎斯特定理的内容是：在进行模拟信号和数字信号的转换过程中，采样频率大于信号中最高频率的2倍时，采样后的数字信号完整保留原始信号中的信息。一、压缩感知与数据压缩理论的概念压缩感知与数据压缩的意思不同。压缩感知理论本质上是利用了原始信号在某个变换域内稀疏的特性，即

5、信息能够用一个低维度域来表示。假设信号X是一个Nxl的列向量，表示*x=[x.，xZ,—，x、]。x所在的域空间为R刀。在采集数据过程中，基于CS理论的采样方法与传统采集方式不同，CS理论是通过一组特定波形去感知信号，或者说将信号向给定波形投影（以此计算信号与给定波形的相关度），感知得到一组压缩数据。然后利用最优化的方法对压缩数据实现解码，在压缩数据中估计山原始信号的主要信息。这种编码模式的关键在于给定波形与原信号的不相关程度，其不相关程度越高，压缩效果越显著，重建原始信号吋所需的感知数据也就越少。T.Tao等人提出的受限等距性（RestrictedIsometryProperty,RT

6、P）、一致不确定性原理（UniformUncertaintyPrinciple,UUP）和准确重构原理（ExactReconstructionPrinciple,ERP)进一步阐述了从压缩数裾中提取信号有用信息的充分条件。因此，压缩感知理论主要内容是信号的稀疏表示、测量矩阵和重建算法三部分。古典数据压缩技术中，无论是音频、图像、视频，还是一般的编码压缩，数据本身特点都是研究重点，通过寻找并剔除数据中隐含的冗余，从而达到压缩的目的。这种的压缩的特点是:1)它发生在完整采集数据之后；2)某本身需要经由某种复杂的算法来完成。相较而言，在计算方而解码过程反而一般比较简单，以压缩音频为例，压缩一个

7、mp3文件的过程计算S远大于播放(即解压缩)mP3文件的计算S。这种不对称性存在于压缩和解压缩过程巾，与人们的需求恰恰相反。大多数情况下，在采集并处理数据的现实问题中，便携设备往往是廉价、省电、计算能力较低的，例如傻瓜相机、或者录音笔、遥控监视器等。而由大型计算机负责处理某逆过程(即解压缩)，它具有更高的计算能力，同时常常没有便携和省电的需求。二、超宽带通信技术3.1超宽带技术的概况无线通信技术最早可以追溯到20世纪初马可尼利用火花