电子与信息学报
電子與信息學報
전자여신식학보
JOURNAL OF ELECTRONICS & INFORMATION TECHNOLOGY
2013年
10期
2359-2364
,共6页
左加阔%陶文凤%包永强%方世良%赵力%邹采荣
左加闊%陶文鳳%包永彊%方世良%趙力%鄒採榮
좌가활%도문봉%포영강%방세량%조력%추채영
认知水声通信%频谱检测%压缩感知%分布式计算
認知水聲通信%頻譜檢測%壓縮感知%分佈式計算
인지수성통신%빈보검측%압축감지%분포식계산
Cognitive underwater acoustic communication%Spectrum detection%Compressed sensing%Distributed computing
水声信道常表现为严重的频率选择性衰落、低的声波传播速度和严重的多径效应等。这些特性使得认知水声通信中的频谱检测变得非常困难。除此之外,水声通信网络通常为自组织网络,缺少融合中心,而基于融合中心的频谱检测算法需要将各个认知用户的感知数据传送到融合中心,因此该方法在认知水声通信中是不可行的。与认知无线电类似,由于低的频谱使用率,认知水声通信中的频谱也是稀疏的。考虑到水声信道的特殊性,基于压缩感知理论,该文对认知无线电中的压缩频谱检测算法进行了改进,提出了两种不同情况下(已知水声信道状态信息和未知水声信道状态信息)的适用于认知水声通信的分布式稀疏频谱检测算法。通过近邻认知用户之间的合作,这两种算法利用空间分集增益和联合稀疏特性来提高算法的频谱检测性能。通过分布式计算和局部优化,新算法使得认知用户与其近邻认知用户之间只需进行少量的数据交互。仿真实验结果证明了该文提出的算法在检测认知水声通信系统中频谱空洞的有效性。
水聲信道常錶現為嚴重的頻率選擇性衰落、低的聲波傳播速度和嚴重的多徑效應等。這些特性使得認知水聲通信中的頻譜檢測變得非常睏難。除此之外,水聲通信網絡通常為自組織網絡,缺少融閤中心,而基于融閤中心的頻譜檢測算法需要將各箇認知用戶的感知數據傳送到融閤中心,因此該方法在認知水聲通信中是不可行的。與認知無線電類似,由于低的頻譜使用率,認知水聲通信中的頻譜也是稀疏的。攷慮到水聲信道的特殊性,基于壓縮感知理論,該文對認知無線電中的壓縮頻譜檢測算法進行瞭改進,提齣瞭兩種不同情況下(已知水聲信道狀態信息和未知水聲信道狀態信息)的適用于認知水聲通信的分佈式稀疏頻譜檢測算法。通過近鄰認知用戶之間的閤作,這兩種算法利用空間分集增益和聯閤稀疏特性來提高算法的頻譜檢測性能。通過分佈式計算和跼部優化,新算法使得認知用戶與其近鄰認知用戶之間隻需進行少量的數據交互。倣真實驗結果證明瞭該文提齣的算法在檢測認知水聲通信繫統中頻譜空洞的有效性。
수성신도상표현위엄중적빈솔선택성쇠락、저적성파전파속도화엄중적다경효응등。저사특성사득인지수성통신중적빈보검측변득비상곤난。제차지외,수성통신망락통상위자조직망락,결소융합중심,이기우융합중심적빈보검측산법수요장각개인지용호적감지수거전송도융합중심,인차해방법재인지수성통신중시불가행적。여인지무선전유사,유우저적빈보사용솔,인지수성통신중적빈보야시희소적。고필도수성신도적특수성,기우압축감지이론,해문대인지무선전중적압축빈보검측산법진행료개진,제출료량충불동정황하(이지수성신도상태신식화미지수성신도상태신식)적괄용우인지수성통신적분포식희소빈보검측산법。통과근린인지용호지간적합작,저량충산법이용공간분집증익화연합희소특성래제고산법적빈보검측성능。통과분포식계산화국부우화,신산법사득인지용호여기근린인지용호지간지수진행소량적수거교호。방진실험결과증명료해문제출적산법재검측인지수성통신계통중빈보공동적유효성。
Since the underwater acoustic channel suffers often severe frequency-dependent attenuation, low speed of wave propagation and excessive multipath delay spread, the implementation of spectrum detection in Cognitive Underwater Acoustic Communication (CUAC) becomes very difficult. Beside, there is no fusion center in Ad hoc underwater acoustic communication networks. Therefore, the centralized spectrum detection methods in CUAC are not available. Similar to Cognitive Radio (CR), since the spectrum utility in CUAC is also low, the spectrum is sparse. Based on compressed sensing and considering the specificity of underwater acoustic, compressed spectrum detection algorithm for cognitive radio is improved, and then two distributed cooperative spectrum detection methods, which are suitable for CUAC, are proposed for different scenarios (with and without channel state information). By strengthening among secondary users, the proposed algorithms obtain spatial diversity gains and exploit joint sparse structure to improve the performance of spectrum detection. Via distributed computation and localized optimization, the new schemes entail low computation and power overhead per cognitive users. Simulation results corroborate the effectiveness of the proposed methods in detecting the spectrum holes in underwater acoustic environment.