[發(fā)明專利]聯(lián)合SFFT與COA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)及頻譜重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810083847.9
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108259095B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳方舟;陳力;陳曉輝;王衛(wèi)東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04W4/38;H04W84/18
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發(fā)明公開了一種聯(lián)合SFFT與COA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)及頻譜重建方法，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)包括：分散在各區(qū)域內(nèi)的頻譜采集傳感器節(jié)點(diǎn)，與一個匯聚節(jié)點(diǎn)；所有頻譜采集傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的結(jié)構(gòu)，均包括：依次連接的寬帶頻譜天線、延時器、ADC、第一基帶處理模塊、DAC與發(fā)射天線；所有頻譜采集傳感器節(jié)點(diǎn)配合實(shí)現(xiàn)信號的SFFT與COA；所有頻譜采集傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號在空中疊加，由匯聚節(jié)點(diǎn)接收；匯聚節(jié)點(diǎn)通過后處理從接收的信號幀提取出數(shù)據(jù)域，以此完成頻譜的重建。該方案可以很方便的部署進(jìn)現(xiàn)存的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，而且不需要改變傳統(tǒng)的ADC工作方式與通信方式，同時可以達(dá)到更小的延時，更高的采樣速率以及更低的復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與頻譜重建技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聯(lián)合SFFT與COA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)及頻譜重建方法。

背景技術(shù)

SFFT(Sparse Fast Fourier Transform，稀疏快速傅里葉變換)技術(shù)是SFT(Sparse Fourier Transform，稀疏傅里葉變換)的快速算法，其核心思想是將一個高速率采樣得到的信號進(jìn)行分段，可以等效為若干組低速率采樣而得到的信號，通過對這幾組低速率的進(jìn)行處理，能夠達(dá)到重建原始信號的效果。理論上來說，只要參與采樣的低速ADC(Analog-to-Digital Converter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器)越多，那么等效的采樣頻率越高，這樣就避免了使用價格昂貴的高速率ADC，能節(jié)約成本。除此之外，SFFT可以比傳統(tǒng)的FFT(FastFourier Transform，快速傅里葉變換)算法的復(fù)雜度更低，從而能提升性能。

COA(Computation overAir，空中計算)是一項(xiàng)運(yùn)用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸方法，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，所有傳感器傳輸數(shù)據(jù)的最終目的都是為了實(shí)現(xiàn)一個特定的功能(如求和、平均、最大值與最小值)而不是很在意傳輸過程中的數(shù)據(jù)，那么與其將每個傳感器的數(shù)據(jù)逐一收集，不如通過特殊的手段使得能直接收集我們最感興趣的結(jié)果。因此，空中計算應(yīng)運(yùn)而生，空中計算的主要思想是通過在發(fā)射機(jī)進(jìn)行預(yù)處理，通過空中疊加，最終在接收機(jī)進(jìn)行后處理得到所需要的最終結(jié)果。空中計算的主要優(yōu)勢就是不需要依次收集所有傳感器的數(shù)據(jù)就能得到我們期望的結(jié)果，使得數(shù)據(jù)的收集變得容易，減小了數(shù)據(jù)交互量，降低了傳輸時延與處理量。

頻譜重建(Spectrum Reconstruction)是頻譜共享系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，其目的在于通過傳感器對目標(biāo)信號源進(jìn)行采集，從而能對其頻譜進(jìn)行重建，可以從中提取出頻譜占用信息或者用來進(jìn)行信號解碼等。

隨著5G的興起與物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，越來越多的傳感器接入網(wǎng)絡(luò)，使得可以利用的傳感器節(jié)點(diǎn)非常豐富，除此之外，可用的頻譜資源也變得更加緊張，對頻譜進(jìn)行實(shí)時分析就顯得更加重要。因此，如何部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并完成頻譜重建尤為重要，但是，目前還沒有較為有效的方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種聯(lián)合SFFT與COA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)及頻譜重建方法，可以很方便的部署進(jìn)現(xiàn)存的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，而且不需要改變傳統(tǒng)的ADC工作方式與通信方式，同時可以達(dá)到更小的延時，更高的采樣速率以及更低的復(fù)雜度。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種聯(lián)合SFFT與COA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)，包括：分散在各區(qū)域內(nèi)的頻譜采集傳感器節(jié)點(diǎn)，以及一個匯聚節(jié)點(diǎn)；

所有頻譜采集傳感器節(jié)點(diǎn)具有相同的結(jié)構(gòu)，均包括：依次連接的寬帶頻譜天線、延時器、ADC、第一基帶處理模塊、DAC以及發(fā)射天線；由所有頻譜采集傳感器節(jié)點(diǎn)配合實(shí)現(xiàn)信號的稀疏快速傅里葉變換SFFT與空中計算COA；

所有頻譜采集傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信號在空中疊加，由匯聚節(jié)點(diǎn)接收；匯聚節(jié)點(diǎn)通過后處理從接收的信號幀提取出數(shù)據(jù)域，以此完成頻譜的重建。

一種適用于前述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)的寬帶無線頻譜重建方法，包括：