[發明專利]基于馬爾科夫隨機場的DMWC節點選擇方法

有效

• 申請號: 201710461704.2
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107222275B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 李智;符博娟;朱嘉微;徐自勇
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為基于馬爾科夫隨機場的DMWC節點選擇方法，針對解決融合中心如何選擇最優的感知節點作為DMWC的欠采樣通道的問題。該方法包括：（1）確定節點數目，根據時變支撐集確定需要增加的節點數目；（2）鄰域系統劃分，用候選新節點與融合中心交互先驗知識，配對鄰近節點完成鄰域系統劃分；（3）確定能量函數，利用先驗知識計算中心節點的自身權重系數和相互作用權重系數；（4）判斷節點是否作為DMWC采樣通道。通過以上方法選擇的節點作為DMWC采樣通道，可以提升采樣通道的衰減系數，進而提高重構的效率。

技術領域

本發明涉及協作電磁頻譜感知網絡和馬爾科夫隨機場交叉的領域，具體而言，涉及一種在感知網絡中利用馬爾科夫隨機場來判斷節點是否作為分布式調制寬帶轉換器采樣通道的方法。

背景技術

電磁頻譜資源是一種不可再生資源，隨著通信業務的飛速增長，有限的頻譜資源不再能滿足人類的需求，尋求提高有限頻譜資源的利用率是目前人類正在努力的目標，認知無線電（CR）的出現是實現頻譜資源有效利用的一種手段。壓縮感知（CS）突破了Nyquist采樣定理的瓶頸，可以利用遠低于Nyquist采樣率的欠采樣方式恢復出原始信號，將CS用于寬帶電磁頻譜感知中成為CR的研究熱點。2007年密歇根理工大學的Zhi Tian教授第一次把CS引入到電磁頻譜感知中，在理論上論證了寬帶稀疏信號在欠采樣條件下高概率恢復信號頻域以實現信號頻點功率檢測的可行性，然而并沒有把理論落實到實際硬件電路的研制中。2010年麻省理工學院的Eldar教授第一次提出調制寬帶轉換器（MWC）體系，把CS欠采樣技術落實到實際硬件電路研制中。MWC的基本原理是利用偽隨機序列對寬帶多子帶信號進行頻譜的搬移、疊加，通過低通濾波器得到低頻的混疊部分，通過欠采樣得到采樣序列，對采樣序列利用CS中的重構算法恢復出原始信號的頻域支撐集。繼而Eldar教授把MWC體系應用到電磁頻譜感知中，為寬帶信號的欠采樣壓縮感知提供了實際可行的技術方案，但是在MWC體系中，對信號的時變支撐集沒有自適應機制，而硬件板子是根據固定的支撐集定制出特定的采樣通道數的，當稀疏子頻帶個數增加時，由于采樣通道數不夠會造成支撐集重構率降低的問題，而且單個節點的欠采樣通道數較大時，硬件開銷和能耗會變大。分布式調制寬帶轉換器（DMWC）的提出解決了時變支撐集的問題，該方法通過時變支撐集對應增加感知節點的方法實現虛擬欠采樣通道數的增加。但是感知網絡中節點的衰減程度是不一樣的，在多個節點的感知網絡中選擇衰減系數最大的節點作為虛擬欠采樣通道數才能達到支撐集的重構率。

馬爾科夫隨機場具有系統、完備的理論框架，可以充分利用先驗知識實現實際應用的建模，以解決參數估計、代價優化、邊緣分割等問題。要利用馬爾科夫隨機場必須含有兩個特性：具有馬爾科夫性，即對象未來的狀態僅與現在有關，而與過去無關；必須是隨機場，即在時空上對象的狀態取值滿足一定的概率分布。而在分布式感知網絡中，可以認為節點之間的傳輸衰減是隨著時間和距離的變化而均勻連續的，在時間域上，節點下一時刻的傳輸衰減與當前時刻的衰減存在相關性，而與過去時刻關系較遠；在空間域上，連續的相鄰節點之間的衰減存在相關性，單個節點的傳輸衰減與其全部鄰近節點的衰減具有依賴關系，滿足一定條件分布的局部統計特征。馬爾科夫隨機場在圖像分割處理領域具有廣泛應用，其理論依據即為圖像相鄰像元基團的像素值滿足馬爾科夫隨機場特性。作為類比，在地理上均勻分布的感知節點就好似一張圖像的像元，而傳輸衰減即為像素值，為馬爾科夫隨機的引入奠定模型基礎。利用馬爾科夫隨機場實現DMWC感知節點的選擇，本質上是一個二分類問題，即確定節點是否作為欠采樣通道參與DMWC協作感知。

發明內容

本發明旨在解決融合中心如何選擇最優的感知節點作為DMWC的欠采樣通道的問題，提供一種基于馬爾科夫隨機場的DMWC節點選擇方法

本發明所采用的技術方法如下：

基于馬爾科夫隨機場的DMWC節點選擇方法，其實現步驟如下：

步驟一：確定節點數目，根據時變支撐集確定需要增加的節點數目；