發(fā)布時間：2020-04-19 20:34

【摘要】：壓縮感知是一種有效的稀疏信號處理工具,能夠?qū)崿F(xiàn)稀疏矢量的線性壓縮與精確恢復(fù),在語音和圖像信號處理等方面有著廣泛的應(yīng)用。在無線通信系統(tǒng)中,稀疏特性廣泛存在于信號產(chǎn)生和處理的多個環(huán)節(jié)。在充分挖掘以及準(zhǔn)確表征無線信號稀疏特性的基礎(chǔ)上,壓縮感知算法能夠保證低復(fù)雜度和高精確度的稀疏信號恢復(fù),從而提高無線資源利用率。因此,壓縮感知技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景,已成為通信信號處理中的重要研究課題。本文挖掘了空間調(diào)制和大規(guī)模天線在不同場景下的信號稀疏特性與無線傳感網(wǎng)中的數(shù)據(jù)稀疏特性,提出了一系列基于壓縮感知的信號處理方法,從而提升了系統(tǒng)性能,使得壓縮感知在無線通信中的應(yīng)用范圍得到了拓展。本文主要的研究內(nèi)容和成果如下:本文研究了基于空間調(diào)制 正交頻分復(fù)用(Spatial Modulation-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,SM-OFDM)的高鐵通信系統(tǒng)的信號檢測問題。首先推導(dǎo)了基于壓縮感知的信號檢測模型,但該模型中測量矩陣的高相關(guān)性使得常規(guī)的壓縮感知算法性能惡化,為此,提出了一種基于壓縮感知的信號檢測算法。本算法首先對測量矩陣進(jìn)行分解,使分解后的子矩陣滿足限制等距條件(Restricted Isometry Property,RIP),再求解所形成的壓縮感知子問題,最后結(jié)合迭代過程消除干擾項(xiàng)。仿真結(jié)果表明,相比于現(xiàn)有的技術(shù)方案,本算法克服了誤碼平層,將比特誤碼率(Bit Error Rate,BER)降低了一個量級,并具備較低的計(jì)算復(fù)雜度。針對基于廣義空間調(diào)制 正交頻分復(fù)用(Generalized Spatial Modulation Orthogonal Frequency Division Multiplexing,GSM-OFDM)的高鐵通信系統(tǒng),本文分別對其信道估計(jì)與信號檢測問題進(jìn)行了研究。首先提出了一種信道估計(jì)方案。本方案采用塊狀導(dǎo)頻設(shè)計(jì)來避免將未激活的子載波作為導(dǎo)頻子載波,并通過線性延伸與線性內(nèi)插相結(jié)合的方式,擬合信道的變化特性,以保證信道的精確估計(jì)。仿真結(jié)果表明,本方案在較高信噪比下的估計(jì)精確度優(yōu)于常規(guī)方法,且能夠克服現(xiàn)有方法的估計(jì)精確度平層。此外,針對該系統(tǒng)的信號檢測問題,證明了其符合壓縮感知模型,并提出了一種新的壓縮感知求解算法。本算法相比于基于SM-OFDM的高鐵通信系統(tǒng)的信號檢測算法,保留了其中的分解迭代過程以降低矩陣維度,但對于分解得到的每個子問題,采用了稀疏搜索的方法進(jìn)行求解。仿真結(jié)果表明,相比于現(xiàn)有的技術(shù)方案,本算法獲得了更好的檢測精確度,其BER降低程度超過了一個量級。本文研究了大規(guī)模天線雙選信道估計(jì)問題。首先挖掘了天線間基擴(kuò)展系數(shù)的共稀疏特性,再通過導(dǎo)頻圖案設(shè)計(jì),構(gòu)建了具備塊共稀疏結(jié)構(gòu)的待恢復(fù)系數(shù)矩陣。在此基礎(chǔ)上,提出了基于塊分布式壓縮感知的信道估計(jì)方案,并通過設(shè)計(jì)塊離散統(tǒng)計(jì)導(dǎo)頻優(yōu)化算法進(jìn)行導(dǎo)頻位置的優(yōu)化,以降低測量矩陣的塊相關(guān)性,進(jìn)而保證塊分布式壓縮感知問題的精確求解。本方案突破了大規(guī)模天線雙選信道估計(jì)導(dǎo)頻需求過高的限制,在相同的導(dǎo)頻開銷和歸一化多普勒下,達(dá)到了與單天線雙選信道估計(jì)方案相近的估計(jì)精確度。本文研究了基于分布式存儲的無線傳感網(wǎng)的數(shù)據(jù)聚合問題。為提升網(wǎng)絡(luò)能效,在充分挖掘數(shù)據(jù)空時相關(guān)特性的基礎(chǔ)上,提出了空時壓縮網(wǎng)絡(luò)編碼方案來進(jìn)行數(shù)據(jù)的擴(kuò)散與聚合。在此基礎(chǔ)上,將采樣數(shù)據(jù)與變換域系數(shù)之間的關(guān)系建模為張量壓縮感知問題。利用張量壓縮感知的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),進(jìn)行了測量矩陣的分離優(yōu)化,從而保證了數(shù)據(jù)的精確恢復(fù)。仿真結(jié)果表明相比于常規(guī)的數(shù)據(jù)聚合方案,本方案可以在保證相同的數(shù)據(jù)恢復(fù)精確度的情況下,減少收發(fā)數(shù)據(jù)量,將傳感網(wǎng)的能量效率提升20%。綜上所述,本文拓展了壓縮感知的應(yīng)用場景,豐富了壓縮感知的求解算法,推進(jìn)了壓縮感知在無線通信中的研究與實(shí)現(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN92

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李銳;;5G無線通信技術(shù)概念及其應(yīng)用探析[J];數(shù)字通信世界;2019年10期

2 鄭凱;楊智;董鑫;袁雅妮;羅厚福;陳龍;;無線通信技術(shù)在數(shù)字化中的應(yīng)用研究[J];數(shù)字通信世界;2019年10期

3 冼慶祺;;5G無線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與分析[J];數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用;2019年08期

4 張樹凱;;無線通信技術(shù)在鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用研究[J];南方農(nóng)機(jī);2019年20期

5 劉叢;;5G無線通信技術(shù)概念及其應(yīng)用[J];中國新通信;2019年20期

6 許建濤;朱立雷;;5G無線通信技術(shù)的應(yīng)用前景探析[J];中國新通信;2019年20期

7 樊宇航;黃元清;張家同;;無線通信技術(shù)在數(shù)字化發(fā)展中的應(yīng)用分析[J];中國新通信;2019年20期

8 黃宗偉;;高職無線通信課程的創(chuàng)新型教學(xué)研究[J];江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2019年08期

9 黃宗偉;;新時期下無線通信課程教學(xué)模式改革探索[J];湖北開放職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2019年21期

10 孔雀;;短距離無線通信技術(shù)及其融合發(fā)展[J];信息與電腦(理論版);2019年21期

相關(guān)會議論文 前10條

1 席亞飛;;5G無線通信技術(shù)發(fā)展跟蹤與分析[A];2017年7月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2017年

2 ;四川學(xué)會召開2015年無線通信學(xué)術(shù)交流會[A];四川省通信學(xué)會2015年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2015年

3 ;簡訊:四川學(xué)會無線通信專委會召開換屆及學(xué)術(shù)交流會議[A];四川省通信學(xué)會2014年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

4 李冰琪;;近距離無線通信技術(shù)及其應(yīng)用淺析[A];2012全國無線及移動通信學(xué)術(shù)大會論文集（上）[C];2012年

5 ;關(guān)于四川省通信學(xué)會無線通信專業(yè)委員會掛靠單位調(diào)整和換屆有關(guān)情況的通報(bào)[A];四川省通信學(xué)會2014年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

6 王化磊;潘成康;;綠色無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[A];第十七屆全國青年通信學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

7 ;加強(qiáng)數(shù)字化 信息化 現(xiàn)代化建設(shè) 切實(shí)提高水上應(yīng)急無線通信與指揮能力[A];突發(fā)公共事件應(yīng)急信息系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用——第二屆中國政府電子政務(wù)論壇論文集[C];2005年

8 李明亮;王聰;;傳輸速率為10Gbps的太赫茲無線通信系統(tǒng)研究[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

9 劉潔;;短距離無線通信技術(shù)[A];廣東省通信學(xué)會2006年度學(xué)術(shù)論文集[C];2007年

10 張雯;楊延嵩;;基于無線通信系統(tǒng)的多路數(shù)據(jù)傳輸中的天線技術(shù)研究[A];中國計(jì)算機(jī)用戶協(xié)會網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分會2018年第二十二屆網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)與應(yīng)用年會論文集[C];2018年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 遙歌;企業(yè)無線通信步入2.0時代[N];人民郵電;2017年

2 本報(bào)記者 徐姍姍;華為引領(lǐng)企業(yè)無線通信2.0時代[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2017年

3 ;上海郵通加緊介入無線通信[N];中國證券報(bào);2002年

4 卿晰;快樂著新一代無線通信[N];中國電腦教育報(bào);2005年

5 記者 范毅波;亞太無線通信高增長[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2000年

6 周曉娟;光載無線通信鋪路全國性物聯(lián)網(wǎng)[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2009年

7 李寶杰　崔靜　文濤;手機(jī)之父：手機(jī)應(yīng)回歸通信，，回歸便宜[N];新華每日電訊;2005年

8 ;朗訊科技貝爾實(shí)驗(yàn)室對無線通信發(fā)展的展望（二）（待續(xù)）[N];科技日報(bào);2000年

9 ;朗訊科技貝爾實(shí)驗(yàn)室對無線通信發(fā)展的展望（六）[N];科技日報(bào);2000年

10 ;全面加強(qiáng)公安無線通信建設(shè)[N];人民公安報(bào);2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 宮博;基于壓縮感知的無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2018年

2 袁方超;能量采集無線通信系統(tǒng)傳輸理論與關(guān)鍵技術(shù)[D];南京郵電大學(xué);2016年

3 沈夢魁;無線通信中的室內(nèi)中繼技術(shù)及其關(guān)鍵器件研究[D];電子科技大學(xué);2018年

4 劉思明;毫米波光載無線通信系統(tǒng)鏈路優(yōu)化及其信道均衡技術(shù)的研究[D];北京郵電大學(xué);2019年

5 謝志鵬;基于光子信號處理技術(shù)的高性能光載無線通信系統(tǒng)的研究[D];北京郵電大學(xué);2018年

6 武剛;多入多出無線通信中的信道模型、空時編碼及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2004年

7 李靜;低信噪比無線通信信號非合作接收技術(shù)研究[D];中國人民解放軍信息工程大學(xué);2005年

8 陳鵬;分布式無線通信系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化策略研究[D];北京郵電大學(xué);2006年

9 李凡;無線通信中的混合ARQ技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

10 金江;多入多出無線通信系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)送與接收技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 韓爍;艙體環(huán)境下SDR-TR-MIMO無線通信系統(tǒng)建模與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2019年

2 馮瀚;應(yīng)用于無線通信的F類功率放大器[D];杭州電子科技大學(xué);2019年

3 劉細(xì)茍;車載無線通信系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];東南大學(xué);2019年

4 次仁德吉;基于ZigBee無線通信技術(shù)的交通報(bào)警網(wǎng)絡(luò)通信方案設(shè)計(jì)研究[D];長安大學(xué);2019年

5 李元健;人工噪聲提升無線通信系統(tǒng)安全性能研究[D];華僑大學(xué);2019年

6 鄭田;5G低頻候選頻段傳播特性研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2019年

7 梁正之;無線通信技術(shù)在智能變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];上海交通大學(xué);2018年

8 潘琳;基于TD-LTE的城市軌道交通車地?zé)o線通信綜合業(yè)務(wù)承載方案研究[D];鄭州大學(xué);2019年

9 李晨;混沌理論在無線通信中的應(yīng)用研究[D];西安理工大學(xué);2016年

10 李鵬;專網(wǎng)無線通信在煤礦中的應(yīng)用與研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

本文編號：2633711