壓縮傳感理論在WSN中的信源信道編碼研究.pdf

1、隨著無線傳感網(wǎng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，它對信息技術(shù)的促進(jìn)和要求也將逐步凸顯。在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，無線傳感網(wǎng)已經(jīng)深入到社會(huì)的方方面面并在很多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，例如：航天、安防、宇宙探測、應(yīng)急指揮等。無線傳感網(wǎng)逐漸成為人類信息化社會(huì)的基礎(chǔ)。經(jīng)典的傳感網(wǎng)絡(luò)的感知對象主要局限于低維數(shù)據(jù)參數(shù)，如溫度、濕度、土壤成分、移動(dòng)物體的速度和方向等。隨著無線傳感網(wǎng)的普及，它采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和維度不斷擴(kuò)大，經(jīng)典無線傳感網(wǎng)固有的特性造成前端節(jié)點(diǎn)能量、計(jì)算等條件受限。一種新的

2、前端編碼量小且計(jì)算復(fù)雜度低的編碼方法對于無線傳感網(wǎng)是非常有必要的，壓縮傳感理論的出現(xiàn)正好迎合了這一需求。由于壓縮傳感理論不是根據(jù)信號帶寬特征編碼，而是根據(jù)信號的“內(nèi)在維數(shù)”進(jìn)行編碼，因此它突破了奈奎斯特采樣定理采樣率的限制，同時(shí)它通過線性投影過程實(shí)現(xiàn)信號編碼，達(dá)到了編碼計(jì)算復(fù)雜度遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣定理的這一目標(biāo)。
　　 本文的主要研究內(nèi)容和完成的工作如下：
　　 1.采用確定性Toeplitz傳感矩陣將信源壓縮編碼與信道

3、糾錯(cuò)編碼結(jié)合為一次線性投影，降低了編碼的復(fù)雜度。該方法既考慮到信源編碼與信道編碼之間的權(quán)衡，同時(shí)也根據(jù)兩個(gè)信道之間的不同特征分別給出對應(yīng)的編碼方法：針對高斯信道本文完善了CSGC(CompressedSensingGaussChannel)算法，針對瑞利信道本文提出CSRC(CompressedSensingRayleighChannel)算法。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明信道噪聲、衰落、時(shí)延等因素對壓縮傳感理論的恢復(fù)概率影響較小。在編碼信息量相同

4、的條件下，CSGC和CSRC編碼方法由于涉及一些實(shí)際中因素的影響，其精確恢復(fù)的概率略低于傳統(tǒng)壓縮傳感理論。
　　 2.將基于壓縮傳感理論的信源信道聯(lián)合編碼與RSWCs(“Real”Slepian-WolfCodes)編碼相結(jié)合形成一種新的分布式信源信道聯(lián)合編碼方法。該編碼方法的優(yōu)點(diǎn)是保留了S-W編碼方法不需要協(xié)同通信的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低了編碼的計(jì)算復(fù)雜度。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明在同樣的測量值數(shù)目的條件下，使用相鄰數(shù)據(jù)之間的空間相關(guān)性可以有

5、效提高恢復(fù)信號的信噪比。
　　 3.研究了基于壓縮傳感理論的時(shí)間協(xié)同傳輸方法。本文根據(jù)測量矩陣的不可替換性，對時(shí)間序列的目標(biāo)使用投影矩陣序列進(jìn)行測量。在后端恢復(fù)時(shí)，根據(jù)恢復(fù)出的數(shù)據(jù)稀疏度確定測量矩陣及其對應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，由于信號本身與測量值間有弱相關(guān)性，通過理論分析及公式推導(dǎo)可以達(dá)到數(shù)據(jù)間的時(shí)間協(xié)同傳輸?shù)哪康摹?br>　　 4.研究通過細(xì)分逼近方法實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與傳輸。每次測量可以根據(jù)測量對象的尺度與后端恢復(fù)的精度