壓縮感知在無線網絡的應用范文

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現代化的無線通信在實際應用中必然會伴隨著信息傳遞和傳輸過程中發生異常問題，從不同的網絡節點中獲取信息傳輸的異常數據是排查無線通信異常事件的必要手段。傳統的異常數據獲取方式通常以ShannonTheory為基礎，但這種方式會產生大量的冗余數據并造成大量無用計算，在浪費計算機運算能力的同時大范圍數據檢索和采樣也會占用海量的傳輸帶寬和儲存介質，所以排查異常的工作亟需一種創新的方式。壓縮感知的核心理論是將數據收集采樣過程和壓縮過程相互合并，利用數據本身可壓縮的特性可大大減少數據采樣所需的采樣速率，并且最終可利用壓縮數據恢復到采樣數據的原始形態。由付寧和張京超編著、清華大學出版社出版的《基于壓縮感知的模擬信息轉換技術》一書，以壓縮感知技術的基本理論為基礎，詳細介紹了壓縮理論在數據信號采集領域中的模擬信息轉換技術，可作為計算機專業或通信專業的專業教材。

《基于壓縮感知的模擬信息轉換技術》全書共分為五章，第一章從壓縮感知理論整體出發介紹了該理論的發展過程和近年來的研究概況。第二章介紹了隨機解調的數學描述、仿真實驗及實驗平臺設計需求，同時還介紹了系統感知矩陣的構造方法并分析了硬件實驗。第三章介紹了MWC這種模擬信息轉換技術，主要內容包括該技術的基本原理、MWC系統實驗平臺設計、系統感知矩陣的校準方法等。第四章從基本理論、盲重構算法、隨機解調系統等方面介紹了1比特量化的模擬信息轉換技術。第五章則介紹了陣列信號空頻域參數聯合估計研究現狀、陣列多頻帶信號模型、雙L型陣列MWC系統、L型延遲陣列MWC系統等內容。隨著電子網絡的普及及無線技術的發展，傳統的轉變壓縮技術已難以處理大規模的數據采樣需求，加之現階段的無線網絡對采樣速率的要求不斷提高，并且傳統技術先大范圍采樣再壓縮時會浪費大量計算機資源，而壓縮感知理論是一種可利用信號本身的稀疏性對采集過程及編解碼過程進行優化的理論，經常被應用于電子網絡工程中的信號處理中。結合該書，與傳統的數據采集方式相比，壓縮感知有著更高的效率和資源利用率，其應用優勢已經在圖像傳輸及處理領域得到體現，并且對無線傳輸網絡的問題解決過程都有極大的幫助。隨著現階段電子通信技術的不斷完善和發展，人民群眾日常生活中所產生的信息傳輸及處理需求也在不斷增多，對于現代化的大規模網絡軟硬件設備及傳統的信息傳輸技術帶來了極大的挑戰。在大規模的數據傳輸網絡中，數據與數據之間往往具有較強的關聯性，并且待處理的數據相對較多，所以將壓縮感知技術應用于大規模的數據傳輸網絡當中，可有效利用數據件的信息關聯性和可壓縮性進一步提高數據的傳輸及采集效率。其中，無線傳輸網絡中的節點和節點之間的聯系是網絡最基本的要素，但由于諸如噪聲、能量限制等環境影響，所以大規模網絡對壓縮感知技術本身理論也提出了一定的要求，二者互惠互利、相互促進。

現階段，相關領域的學者已經對壓縮感知技術的實際應用進行了很多研究調查，相對成熟的技術包括信號節點的檢測、網絡環境的監督、信道的估算、路由器節點算法的優化等。以壓縮感知技術在擁有多天線廣播系統的居民區中的應用為例，小區基站與用戶個人天線之間的傳輸信道可用一個傳輸矩陣表達出來，不同節點之間的傳輸間隔為常值，小區居民用戶作為接收端擁有該矩陣的全部信息。相關研究調查表示，如果在多天線的廣播系統中有效應用壓縮感知技術，可利用較少的信道，精準收集用戶天線所反饋的數據，有效降低這一過程的運算復雜程度，在增加信道利用率的同時達到了與傳統反饋機制相同的處理速度和容量。

壓縮感知技術在網絡監督系統中的應用也具有很大優勢，大規模網絡中常規的監管方式為了獲得有效的參數和網絡實時的性能數據，往往會產生大量且復雜的數據運算。一個規模較大的數據傳輸網絡往往由若干條不同的線路和節點組成，一條完整的數據傳輸路徑往往包括多條不同的線路，而同一條線路往往會同時被不同的傳輸路徑所利用，而利用壓縮感知技術可在局部網絡線路中推測出整體網絡的使用情況，可在減少網絡監管次數及降低不同IP之間網絡延遲的同時提高網絡監管效率，從而間接觀測整個數據傳輸網絡環境。

如何解決大規模數據傳輸網絡中的異常數據采集及處理問題是電子網絡領域學者所研究的重點方向，壓縮感知是一種新型的數據處理技術，對于這一研究方向有著重要的促進和推動作用，但現階段壓縮感知理論和技術的實際應用僅僅處于初期階段，《基于壓縮感知的模擬信息轉換技術》一書為相關人員的研究工作提供了理論參考，推動了我國壓縮感知技術的發展，其還有巨大的潛力等待學者進一步開發和利用。

作者：萬劍鋒 單位：桂林電子科技大學北海校區電子信息學院