[發明專利]一種基于稀疏度自適應的帶內部署NB-IoT信號恢復方法

有效

• 申請號: 202110431483.0
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113099427B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 郭一嘉;伍沛然;夏明華
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W24/04;G06F30/27;G06K9/62;G06N20/00;G06F111/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種基于稀疏度自適應的帶內部署NB-IoT信號恢復方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：采用K-means聚類算法估計NB-IoT信號可能占據的子載波范圍，提出一個簡化的非凸優化問題；其中：

輸入初始觀測矩陣W及初始測量向量y₂，計算y₂和W中各個列向量之間的相關系數γ(i)，其計算公式如下：

式中，i為觀測矩陣W中的列序號，P為觀測矩陣W中的列數；

將所述相關系數γ(i)進行K-means算法進行聚類，得到Q個簇其中q＝1,2,...,Q；從獲得的Q個簇中確定最優簇，并根據所述最優簇得到最優列序號集合即得到NB-IoT信號可能占據的子載波范圍；

所述非凸優化問題根據所述最優列序號集合進行簡化，簡化的非凸優化問題的表達公式為：

式中，表示由最優列序號集合的列向量組成的子矩陣，表示接收的NB-IoT頻域信號，表示恢復的NB-IoT信號；

S2：采用SAMP算法對所述非凸優化問題進行求解，得到在忽略稀疏度限制的情況下恢復的支持基I，根據所述支持基I對計數向量f進行更新；

S3：重復執行S1～S2步驟至達到預設的最大支持基搜索重復次數R_max，得到完成更新的計數向量f；

S4：根據所述完成更新的計數向量f恢復滿足稀疏度限制的支持基Z^*，并根據所述支持基Z^*進一步恢復相應的NB-IoT信號；其中：

根據所述完成更新的計數向量f恢復滿足稀疏度限制的支持基Z^*的步驟包括：

定義一個差值向量d_P×1，其表達公式如下：

將所述差值向量d中的最小值和最大值的索引分別記為p₁和p₂，則輸出的最優估計支持基Z^*為

根據所述支持基Z^*，采用最小二乘準則進一步恢復相應的NB-IoT信號，令得到最優恢復信號：

式中，y_LS表示最小二乘準則。

2.根據權利要求1所述的帶內部署NB-IoT信號恢復方法，其特征在于，所述最優簇為擁有最大相關系數均值的簇，其表達公式如下：

則最優列序號集合的表達公式如下：

3.根據權利要求1所述的帶內部署NB-IoT信號恢復方法，其特征在于，根據所述支持基I對計數向量f進行更新的步驟包括：定義一個全零計數向量f_P×1在不考慮NB-IoT信號稀疏度的情況下，基于SAMP算法求解得到的支持基I對計數向量f進行更新，其表達公式如下：

式中，f(j)表示計數向量f中第j個元素。

4.根據權利要求3所述的帶內部署NB-IoT信號恢復方法，其特征在于，還包括以下步驟：隨機擾亂觀測矩陣W中的各個列向量，形成新的觀測矩陣W′和測量向量y₂′，并將其用于重新估計NB-IoT信號可能占據的子載波范圍，得到新的最優列序號集合進一步采用SAMP算法對所述簡化的非凸優化問題進行更新求解，得到新的支持基并根據所述支持基I對計數向量f進行更新；重復上述操作至達到預設的最大支持基搜索重復次數R_max，得到完成更新的計數向量f。

5.根據權利要求1所述的帶內部署NB-IoT信號恢復方法，其特征在于，還包括以下步驟：根據所述差值向量d中的最小值和最大值的索引p₁和p₂，生成一個樣本集其表達公式如下：

計算所述樣本集的方差當方差滿足預設的輸出要求時，則計算并輸出最優估計支持基Z^*；當方差不滿足預設的輸出要求時，則跳轉執行S1步驟。

6.根據權利要求1～5任一項所述的帶內部署NB-IoT信號恢復方法，其特征在于，所述最大支持基搜索重復次數R_max大于或等于50。