無線傳感網(wǎng)虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)信號(hào)盲檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了無線傳感網(wǎng)虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)信號(hào)盲檢測(cè)方法，所述方法利用無線傳感器網(wǎng)傳感器高密度分布的特點(diǎn)，在無線傳感器網(wǎng)進(jìn)行分簇處理的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了一種虛擬MIMO系統(tǒng)盲檢測(cè)模型，引入hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用多用戶的Hopfield盲檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)的接收端對(duì)簇間的簇首信號(hào)盲檢測(cè)；然后將單用戶的Hopfield盲檢測(cè)算法，用于簇內(nèi)各傳感器節(jié)點(diǎn)信號(hào)盲檢測(cè)。本發(fā)明方法在低信噪比，短數(shù)據(jù)的環(huán)境下，成功實(shí)現(xiàn)了盲檢測(cè)，性能較好，為無線傳感網(wǎng)提供了一種高速、低復(fù)雜度的信號(hào)盲檢測(cè)方法。
【專利說明】無線傳感網(wǎng)虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)信號(hào)盲檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感網(wǎng)信號(hào)處理領(lǐng)域及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其是涉及無線傳感網(wǎng)虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)信號(hào)盲檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器網(wǎng)絡(luò)可以使人們?cè)谌魏螘r(shí)間、地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下獲取大量詳實(shí)可靠的信息，因此可以被廣泛地應(yīng)用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、制造業(yè)、反恐抗災(zāi)等領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)有:傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在電源能量、通信能力、計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量等方面受限；傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化速度很快；以數(shù)據(jù)為中心等等。隨著高速率數(shù)據(jù)通信和無線傳感網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)高密度分布的獨(dú)特的要求和制約因素為傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究提出了新的技術(shù)問題和新的挑戰(zhàn)。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)能量受限的網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)有體積、成本等方面的限制，多數(shù)情況下傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都是由電池供電，電池容量有限，且在很多應(yīng)用中不可能更換電池，因此，如何節(jié)省能耗并延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題。特別地，傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通信傳輸能耗是傳感器節(jié)點(diǎn)能耗的主要部分，因此將能量受限的單天線傳感節(jié)點(diǎn)以一定的機(jī)理協(xié)同起來形成虛擬的多天線系統(tǒng)，以此來提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的頻譜效率和能量效率，達(dá)到降低系統(tǒng)能耗的目的，已成為研究的熱點(diǎn)。
[0004]文獻(xiàn)指出[楊維.移動(dòng)通信中的陣列天線技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社有限公司，2005]，MMO系統(tǒng)要求多個(gè)發(fā)送陣列天線的間距大于10倍的信號(hào)波長(zhǎng)，才能建立起多個(gè)相互獨(dú)立的子信道，而無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)體積較小，直接采用多天線MMO技術(shù)是不現(xiàn)實(shí)的[程波，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)虛擬MMO接收技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué)，2007]。如果采用分簇處理，將距離較近的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按照某種機(jī)理分成一個(gè)簇，并將簇內(nèi)待傳數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)和它附近的伙伴節(jié)點(diǎn)組織起來一起工作，多個(gè)單天線節(jié)點(diǎn)就形成了一個(gè)虛擬的多天線系統(tǒng)，那么多天線MIMO技術(shù)用于實(shí)際無線傳感網(wǎng)中就成為可能，因此一種針對(duì)無線傳感器網(wǎng)的虛擬MIMO技術(shù)被提了出來[無線傳感網(wǎng)虛擬MIMO關(guān)鍵技術(shù)研究]。
[0005]文獻(xiàn)[CuiS，Goldsmith A J, Bahai A.Energy-efficiency of MIMO andcooperative MIMO techniques in sensor networks [J].Selected Areas inCommunications, IEEE Journal on, 2004, 22(6): 1089-1098]中 Cui 等人基于 Alamouti 的空時(shí)編碼方案首次建立了系統(tǒng)和傳感器節(jié)點(diǎn)的協(xié)作式虛擬MIMO系統(tǒng)的能耗模型，之后很多文獻(xiàn)也提出了多種虛擬MMO傳輸模型。但這些模型都是需要經(jīng)過空時(shí)編碼或者分層空時(shí)編碼，而且都需要發(fā)送訓(xùn)練序列估計(jì)信道，這些都會(huì)耗費(fèi)傳感器節(jié)點(diǎn)能量。由于無線傳感網(wǎng)一般是由低處理能力的節(jié)點(diǎn)組成，設(shè)計(jì)低復(fù)雜度的接收算法是其必然要求。全反饋Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于其良好的自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)性、高度的非線性、并行處理信息的能力，目前已廣泛應(yīng)用于單輸入多輸出系統(tǒng)的盲檢測(cè)技術(shù)中，但是尚缺乏多輸入多輸出系統(tǒng)Hopfield算法的研究。
[0006]針對(duì)無線傳感網(wǎng)的上述需求，本發(fā)明構(gòu)造了基于全反饋Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的虛擬MMO系統(tǒng)盲檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)了多用戶的Hopfield盲檢測(cè)算法用于無線傳感網(wǎng)的接收端對(duì)簇間的簇首信號(hào)盲檢測(cè)，又將單用戶的Hopfield盲檢測(cè)算法用于簇內(nèi)各傳感器節(jié)點(diǎn)信號(hào)盲檢測(cè)，最終得到所有傳感器信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)無線傳感網(wǎng)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供無線傳感網(wǎng)虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)信號(hào)盲檢測(cè)方法。本發(fā)明在無線傳感網(wǎng)虛擬多輸入多輸出MIMO傳輸模型分簇的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了多用戶的Hopfield盲檢測(cè)算法用于無線傳感網(wǎng)的接收端對(duì)簇間的簇首信號(hào)盲檢測(cè)，又將單用戶的Hopfield盲檢測(cè)算法用于簇內(nèi)各傳感器節(jié)點(diǎn)信號(hào)盲檢測(cè)，旨在為無線傳感網(wǎng)信號(hào)盲檢測(cè)提供一種高速、低復(fù)雜度的方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0009]無線傳感網(wǎng)虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)信號(hào)盲檢測(cè)方法，所述方法包括簇間MMO傳感器信號(hào)的Hopfield檢測(cè)方法和簇內(nèi)簇首節(jié)點(diǎn)自帶的SIMO Hopf ield信號(hào)檢測(cè)方法，具體步驟如下:
[0010]1.簇間MMO傳感器信號(hào)的Hopfield檢測(cè)方法
[0011]步驟A，構(gòu)造接收數(shù)據(jù)矩陣:
[0012]設(shè)無線傳感網(wǎng)虛擬MMO傳輸模型傳感器節(jié)點(diǎn)分為P簇，Sink接收端安裝有q根天線，簇首間信號(hào)無相關(guān)性，將該模型作為P輸入q輸出的虛擬MIMO有限沖激響應(yīng)系統(tǒng)，其基帶輸出信號(hào)為:
[0013]XN=SN.r τ
[0014]式中，XN是接收數(shù)據(jù)陣，SN是是各簇簇首的發(fā)送信號(hào)陣，r是由信道沖激響應(yīng)Iijj構(gòu)成的塊Toeplitz矩陣；(.)τ表示矩陣轉(zhuǎn)置；
[0015]其中，發(fā)送信號(hào)陣:
[0016]SN=[sL(k),…，sL(k+N-l)]T=[sn (k),…，sn (k_M_L) ]NX (L+M+1)P,
[0017]M為信道階數(shù)，L為均衡器階數(shù)，N為所需數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；
[0018]sL(k) = [sT(k),…，sT(k-L_M)]T ;其中，sYkXsiGO S2 (k)...sp (k)],
[0019]SiQO e {±1}，i=l，2…，p,時(shí)刻k為自然數(shù)，[.]τ為矩陣轉(zhuǎn)置；
[0020]h^tho, - ,hM]

qX (M+l)p，JJ-Oj I，…，P ;
[0021]q是過采樣因子，取值為正整數(shù)；
[0022]XN= [x (k),…，XSink接收端接收數(shù)據(jù)陣是NX (L+l) q接收數(shù)據(jù)陣,其中 X (k) = r.sL (k)；
[0023]步驟B，接收數(shù)據(jù)矩陣奇異值分解:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.無線傳感網(wǎng)虛擬多輸入多輸出系統(tǒng)信號(hào)盲檢測(cè)方法，其特征在于，包括簇間MMO傳感器信號(hào)的Hopfield檢測(cè)方法和簇內(nèi)簇首節(jié)點(diǎn)自帶的SIMO Hopf ield信號(hào)檢測(cè)方法，具體步驟如下: 簇間MMO傳感器信號(hào)的Hopfield檢測(cè)方法 步驟A，構(gòu)造接收數(shù)據(jù)矩陣: 設(shè)無線傳感網(wǎng)虛擬MIMO傳輸模型傳感器節(jié)點(diǎn)分為P簇,Sink接收端安裝有q根天線，簇首間信號(hào)無相關(guān)性，將該模型作為P輸入q輸出的虛擬MIMO有限沖激響應(yīng)系統(tǒng)，其基帶輸出信號(hào)為:
XN=SN.I'T 式中，XN是接收數(shù)據(jù)陣，SN是是各簇簇首的發(fā)送信號(hào)陣，I'是由信道沖激響應(yīng)Iijj構(gòu)成的塊To印Iitz矩陣；(.)t表示矩陣轉(zhuǎn)置； 其中，發(fā)送信號(hào)陣:
SN=[sL(k),…，sL(k+N-l)]T=[sn (k),…，sn (k_M_L) ]NX (L+M+1)P, M為信道階數(shù)，L為均衡器階數(shù)，N為所需數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；
sL(k) = [sT(k),…，sT(k-L-M)]T ;其中，sTQiXsJk) s2 (k)...sp (k)], Si (k) e {±1}，1=1，2"%?，時(shí)刻1^為自然數(shù)，[.]τ為矩陣轉(zhuǎn)置; hjj- [h0,...，hM] - (M+1)p，jj-0, I,...，p ； q是過采樣因子，取值為正整數(shù)； XN= [x (k),…，x(k+N-l)]T是Sink接收端接收數(shù)據(jù)陣是NX (L+l) q接收數(shù)據(jù)陣,其中X (k) = I'.sL (k)； 步驟B，接收數(shù)據(jù)矩陣奇異值分解:
【文檔編號(hào)】H04L25/03GK103916344SQ201410082022
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】張昀, 于舒娟, 于大為, 張振洲, 宦如松, 劉歡, 胡蓉 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)