專利名稱：一種動態(tài)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電波傳播多維特征認(rèn)知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動態(tài)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電波傳播多維特征認(rèn)知方法。
背景技術(shù)：
隨著信息時代的到來，無線通信在國家社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的戰(zhàn)略作用，并滲透到社會各領(lǐng)域。無線頻譜已成為不可或缺的寶貴資源。然而，一些非授權(quán)頻段如工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)用頻段以及用于陸地移動通信的2GHz左右的頻段過于擁擠，而有些頻段卻經(jīng)常空閑，由此造成了頻譜資源的相對“短缺”與“浪費”。在這種情況下，認(rèn)知無線電(CR) 技術(shù)應(yīng)運而生。它能自動感知所處的頻譜環(huán)境，發(fā)現(xiàn)頻譜空洞并利用它，因此能在很大程度上提高頻譜利用率。與傳統(tǒng)的以基礎(chǔ)設(shè)施為中心的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思想相比，認(rèn)知無線電更加關(guān)注于以用戶為中心、以目標(biāo)驅(qū)動為框架的理念。因此認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中更需要從用戶終端的角度考慮局部電波傳播環(huán)境的變化以及快速適應(yīng)問題。認(rèn)知用戶終端需要通過對局部電波環(huán)境的準(zhǔn)確認(rèn)知，為無線傳輸策略的制定提供依據(jù)，進(jìn)而有效解決在多個次要用戶之間進(jìn)行空閑頻譜的最優(yōu)化分配問題。信道傳播特性也是博弈算法的重要條件，例如，次要用戶需要了解從主接收機(jī)到主/次發(fā)射機(jī)的傳播模型，也就是說，用戶終端需要具備信道預(yù)測的能力。由于信道的時域特性和多普勒頻移特性，最佳傳輸方案需要根據(jù)信道的變化進(jìn)行實時更新， 從而決定采用合作式還是非合作式傳輸方案。準(zhǔn)確的無線信道局部預(yù)測還對子載波間隔和調(diào)制符號速率的調(diào)整起到?jīng)Q定性的作用。然而，傳統(tǒng)的無線信道模型均研究以基礎(chǔ)設(shè)施為中心的電波傳播衰落特性，無論是理論模型，還是經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，以及統(tǒng)計模型都沒有從用戶終端出發(fā)。且現(xiàn)有的信道估計方法都不具備對無線傳播環(huán)境的增量學(xué)習(xí)功能。雖然3G或者B3G移動通信系統(tǒng)具有一定能力， 能夠不斷地根據(jù)系統(tǒng)運行過程中測量的接收機(jī)信道狀態(tài)實時或者準(zhǔn)實時地對發(fā)射機(jī)發(fā)送策略做出調(diào)整，以期望適應(yīng)變化的物理環(huán)境和用戶環(huán)境。但是由于信道環(huán)境的動態(tài)隨機(jī)性、 復(fù)雜性、噪聲不確定性、信道狀態(tài)信息的不完備性等相關(guān)因素，亦使發(fā)射機(jī)難以在復(fù)雜的電波傳播環(huán)境下采用最優(yōu)的傳輸模式。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于認(rèn)知用戶終端的電波傳播多維特征認(rèn)知方法，使終端設(shè)備能夠在全面深入地理解影響因素眾多且相互耦合的動態(tài)復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的無線電波傳播多維特征基礎(chǔ)上，從認(rèn)知用戶終端角度實現(xiàn)具備有局部環(huán)境認(rèn)知能力的電波傳播預(yù)測新方法，使之具備有由單維向多維、靜態(tài)到動態(tài)、被動到主動的預(yù)測特性，進(jìn)而提升認(rèn)知用戶終端對于動態(tài)復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多維感知能力。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為
1)認(rèn)知用戶終端對接收到的多源多維觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)選擇，數(shù)據(jù)凈化和屬性轉(zhuǎn)換過程；2)根據(jù)多源多維觀測數(shù)據(jù)特性及其彼此間的相互作用關(guān)系，建立多源多維觀測數(shù)據(jù)之間的映射模型；
3)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，并基于觀測信號的高階功率譜特性、高階循環(huán)累積量特性、時頻特性以及各維數(shù)據(jù)間的內(nèi)在相關(guān)性所蘊(yùn)含的信息，建立多源多維觀測數(shù)據(jù)的高效關(guān)聯(lián)表征模型；
4)將關(guān)聯(lián)后的多維觀測數(shù)據(jù)特性與電波傳播多維特性有效融合，建立本地局部環(huán)境下的電波傳播多維特征模型；
5)在電波傳播多維特征模型的基礎(chǔ)上，通過增量式學(xué)習(xí)方法，獲得對當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)的魯棒估計，得出最優(yōu)信道變化決策。所述的電波傳播多維特征包括頻譜、時間、位置、碼字、信號極化方式以及波束角度。綜上所述，本發(fā)明能夠在終端設(shè)備上實現(xiàn)局部環(huán)境的多維特征構(gòu)建及快速認(rèn)知。 通過該方法，用戶終端能夠在信道狀態(tài)或傳播環(huán)境等相關(guān)信息了解不完全的情況下，利用已知的認(rèn)知信息來推理無線傳播環(huán)境的未來狀態(tài)及傳播條件，實現(xiàn)不完備信息推出完備信息、局部信息推出全局信息、過去信息推出將來信息的過程，進(jìn)而有效解決和提升用戶終端對無線環(huán)境的多維感知能力。本發(fā)明使得認(rèn)知終端設(shè)備能夠在動態(tài)復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，實現(xiàn)局部環(huán)境的多維認(rèn)知和預(yù)測，進(jìn)而有效解決和提升用戶終端對無線環(huán)境的多維感知能力。


圖1為本發(fā)明所述的電波傳播多維特征認(rèn)知方法流程圖。圖2為本發(fā)明實施例中電波傳播多維特征認(rèn)知方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面結(jié)合附圖1和圖2及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)描述。圖2為本發(fā)明實施例的電波傳播多維特征認(rèn)知方法流程圖。如圖所示，該實施例包括如下步驟
1)步驟101，102，103，用戶終端對采集到的多源多維觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)選擇，數(shù)據(jù)凈化和屬性轉(zhuǎn)換過程。其中，數(shù)據(jù)選擇過程根據(jù)電波傳播機(jī)理及先驗領(lǐng)域知識，去除觀測數(shù)據(jù)中與本地局部無線環(huán)境無關(guān)的屬性；數(shù)據(jù)凈化過程則對數(shù)據(jù)選擇過程挑選出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾去除，這有利于保證數(shù)據(jù)的完整性，同時從原始數(shù)據(jù)屬性中派生出一些新屬性，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理；屬性轉(zhuǎn)換過程則將所有屬性的取值范圍進(jìn)行歸一化處理。2)步驟201，202，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，對多維數(shù)據(jù)進(jìn)行合理降維，并構(gòu)建多源多維觀測數(shù)據(jù)間映射模型。3)步驟301，302，303，根據(jù)觀測誤差產(chǎn)生機(jī)理對數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，分析觀測數(shù)據(jù)的高階功率譜特性、高階循環(huán)累積量特性和時頻特性，并根據(jù)各維數(shù)據(jù)的內(nèi)在相關(guān)性及所蘊(yùn)含的信息，采用統(tǒng)計模式識別方法提取有效特征，完成多源多維觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征模型的構(gòu)建。
4)步驟401，402，403，基于觀測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)表征模型，利用統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論和信息融合理論分析傳播環(huán)境的物理、幾何、行為以及信道的本質(zhì)特征分布規(guī)律，完成參數(shù)化建模，獲取時間-空間-頻譜多維數(shù)據(jù)，信道轉(zhuǎn)移概率，以及信道駐留時間等參數(shù)。 在此基礎(chǔ)上建立本地局部的信道多維特征庫。并運用可變長馬爾可夫方法建立基于不完備信息的信道多維特征模型。步驟501，502，在信道多維特征模型基礎(chǔ)上，通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，獲得對當(dāng)前環(huán)境的魯棒估計，進(jìn)而得出最優(yōu)信道變化決策。其核心在于任何一次信道變化估計均以先驗知識為基礎(chǔ)，同時又考慮環(huán)境的當(dāng)前狀態(tài)，因此能夠避免當(dāng)前的瞬時估計量偏差帶來的影響，且保證信道變化估計能夠跟蹤環(huán)境的狀態(tài)變化。在此過程中，電波傳播多維特征模型亦使用貝葉斯推理方法進(jìn)行調(diào)整和完善，從而使得對局部電波傳播信道未來狀態(tài)的估計也逐漸達(dá)到最優(yōu)。
權(quán)利要求
1.一種動態(tài)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電波傳播多維特征認(rèn)知方法，其特征在于，該方法包括以下步驟1)認(rèn)知用戶終端對接收到的多源多維觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)選擇，數(shù)據(jù)凈化和屬性轉(zhuǎn)換過程；2)根據(jù)多源多維觀測數(shù)據(jù)特性及其彼此間的相互作用關(guān)系，建立多源多維觀測數(shù)據(jù)之間的映射模型；3)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，并基于觀測信號的高階功率譜特性、高階循環(huán)累積量特性、時頻特性以及各維數(shù)據(jù)間的內(nèi)在相關(guān)性所蘊(yùn)含的信息，建立多源多維觀測數(shù)據(jù)的高效關(guān)聯(lián)表征模型；4)將關(guān)聯(lián)后的多維觀測數(shù)據(jù)特性與電波傳播多維特性有效融合，建立本地局部環(huán)境下的電波傳播多維特征模型；5)在電波傳播多維特征模型的基礎(chǔ)上，通過增量式學(xué)習(xí)方法，獲得對當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)的魯棒估計，得出最優(yōu)信道變化決策。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的電波傳播多維特征認(rèn)知方法，其特征在于，所述的電波傳播多維特征包括頻譜、時間、位置、碼字、信號極化方式以及波束角度。
全文摘要
一種動態(tài)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電波傳播多維特征認(rèn)知方法，該方法包括對多源多維觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；構(gòu)建多源多維觀測數(shù)據(jù)間的映射模型；構(gòu)建多源多維觀測數(shù)據(jù)的高效關(guān)聯(lián)表征模型；建立本地局部環(huán)境下的電波傳播多維特征模型；通過增量式學(xué)習(xí)方法，獲得對當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)的魯棒估計，得出最優(yōu)信道變化決策。本發(fā)明使得認(rèn)知終端設(shè)備能夠在動態(tài)復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，實現(xiàn)局部環(huán)境的多維認(rèn)知和預(yù)測，進(jìn)而有效解決和提升用戶終端對無線環(huán)境的多維感知能力。
文檔編號H04B17/00GK102332957SQ20111028387
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者劉祎, 王玉皞 申請人:南昌大學(xué)