無線傳感網虛擬多輸入多輸出系統信號盲檢測方法
【專利摘要】本發明公開了無線傳感網虛擬多輸入多輸出系統信號盲檢測方法，所述方法利用無線傳感器網傳感器高密度分布的特點，在無線傳感器網進行分簇處理的基礎上，構造了一種虛擬MIMO系統盲檢測模型，引入hopfield神經網絡，采用多用戶的Hopfield盲檢測算法，實現無線傳感網的接收端對簇間的簇首信號盲檢測；然后將單用戶的Hopfield盲檢測算法，用于簇內各傳感器節點信號盲檢測。本發明方法在低信噪比，短數據的環境下，成功實現了盲檢測，性能較好，為無線傳感網提供了一種高速、低復雜度的信號盲檢測方法。
【專利說明】無線傳感網虛擬多輸入多輸出系統信號盲檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線傳感網信號處理領域及神經網絡領域，尤其是涉及無線傳感網虛擬多輸入多輸出系統信號盲檢測方法。
【背景技術】
[0002]傳感器網絡可以使人們在任何時間、地點和任何環境條件下獲取大量詳實可靠的信息，因此可以被廣泛地應用于國防軍事、國家安全、環境監測、交通管理、醫療衛生、制造業、反恐抗災等領域。傳感器網絡的主要特點有:傳感器網絡節點在電源能量、通信能力、計算能力和存儲容量等方面受限；傳感器網絡的拓撲結構變化速度很快；以數據為中心等等。隨著高速率數據通信和無線傳感網技術的迅猛發展，無線傳感器網絡中傳感器節點高密度分布的獨特的要求和制約因素為傳感器網絡的研究提出了新的技術問題和新的挑戰。
[0003]無線傳感器網絡是一個能量受限的網絡，傳感器節點有體積、成本等方面的限制，多數情況下傳感器網絡中的節點都是由電池供電，電池容量有限，且在很多應用中不可能更換電池，因此，如何節省能耗并延長網絡壽命是無線傳感器網絡設計中的一個關鍵問題。特別地，傳感器節點的無線通信傳輸能耗是傳感器節點能耗的主要部分，因此將能量受限的單天線傳感節點以一定的機理協同起來形成虛擬的多天線系統，以此來提高網絡系統的頻譜效率和能量效率，達到降低系統能耗的目的，已成為研究的熱點。
[0004]文獻指出[楊維.移動通信中的陣列天線技術[M].清華大學出版社有限公司，2005]，MMO系統要求多個發送陣列天線的間距大于10倍的信號波長，才能建立起多個相互獨立的子信道，而無線傳感網節點體積較小，直接采用多天線MMO技術是不現實的[程波，無線傳感器網絡虛擬MMO接收技術研究[D].華中科技大學，2007]。如果采用分簇處理，將距離較近的幾個網絡節點按照某種機理分成一個簇，并將簇內待傳數據的節點和它附近的伙伴節點組織起來一起工作，多個單天線節點就形成了一個虛擬的多天線系統，那么多天線MIMO技術用于實際無線傳感網中就成為可能，因此一種針對無線傳感器網的虛擬MIMO技術被提了出來[無線傳感網虛擬MIMO關鍵技術研究]。
[0005]文獻[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 的空時編碼方案首次建立了系統和傳感器節點的協作式虛擬MIMO系統的能耗模型，之后很多文獻也提出了多種虛擬MMO傳輸模型。但這些模型都是需要經過空時編碼或者分層空時編碼，而且都需要發送訓練序列估計信道，這些都會耗費傳感器節點能量。由于無線傳感網一般是由低處理能力的節點組成，設計低復雜度的接收算法是其必然要求。全反饋Hopfield神經網絡由于其良好的自組織、自學習、自適應性、高度的非線性、并行處理信息的能力，目前已廣泛應用于單輸入多輸出系統的盲檢測技術中，但是尚缺乏多輸入多輸出系統Hopfield算法的研究。
[0006]針對無線傳感網的上述需求，本發明構造了基于全反饋Hopfield神經網絡的虛擬MMO系統盲檢測方法，設計了多用戶的Hopfield盲檢測算法用于無線傳感網的接收端對簇間的簇首信號盲檢測，又將單用戶的Hopfield盲檢測算法用于簇內各傳感器節點信號盲檢測，最終得到所有傳感器信號。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是針對無線傳感網現有技術的缺陷和不足，提供無線傳感網虛擬多輸入多輸出系統信號盲檢測方法。本發明在無線傳感網虛擬多輸入多輸出MIMO傳輸模型分簇的基礎上，設計了多用戶的Hopfield盲檢測算法用于無線傳感網的接收端對簇間的簇首信號盲檢測，又將單用戶的Hopfield盲檢測算法用于簇內各傳感器節點信號盲檢測，旨在為無線傳感網信號盲檢測提供一種高速、低復雜度的方法。
[0008]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:
[0009]無線傳感網虛擬多輸入多輸出系統信號盲檢測方法，所述方法包括簇間MMO傳感器信號的Hopfield檢測方法和簇內簇首節點自帶的SIMO Hopf ield信號檢測方法，具體步驟如下:
[0010]1.簇間MMO傳感器信號的Hopfield檢測方法
[0011]步驟A，構造接收數據矩陣:
[0012]設無線傳感網虛擬MMO傳輸模型傳感器節點分為P簇，Sink接收端安裝有q根天線，簇首間信號無相關性，將該模型作為P輸入q輸出的虛擬MIMO有限沖激響應系統，其基帶輸出信號為:
[0013]XN=SN.r τ
[0014]式中，XN是接收數據陣，SN是是各簇簇首的發送信號陣，r是由信道沖激響應Iijj構成的塊Toeplitz矩陣；(.)τ表示矩陣轉置；
[0015]其中，發送信號陣:
[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，L為均衡器階數，N為所需數據長度；
[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,時刻k為自然數，[.]τ為矩陣轉置；
[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；
[0022]XN= [x (k),…，XSink接收端接收數據陣是NX (L+l) q接收數據陣,其中 X (k) = r.sL (k)；
[0023]步驟B，接收數據矩陣奇異值分解:
[0024]
【權利要求】
1.無線傳感網虛擬多輸入多輸出系統信號盲檢測方法，其特征在于，包括簇間MMO傳感器信號的Hopfield檢測方法和簇內簇首節點自帶的SIMO Hopf ield信號檢測方法，具體步驟如下: 簇間MMO傳感器信號的Hopfield檢測方法 步驟A，構造接收數據矩陣: 設無線傳感網虛擬MIMO傳輸模型傳感器節點分為P簇,Sink接收端安裝有q根天線，簇首間信號無相關性，將該模型作為P輸入q輸出的虛擬MIMO有限沖激響應系統，其基帶輸出信號為:
XN=SN.I'T 式中，XN是接收數據陣，SN是是各簇簇首的發送信號陣，I'是由信道沖激響應Iijj構成的塊To印Iitz矩陣；(.)t表示矩陣轉置； 其中，發送信號陣:
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，L為均衡器階數，N為所需數據長度；
sL(k) = [sT(k),…，sT(k-L-M)]T ;其中，sTQiXsJk) s2 (k)...sp (k)], Si (k) e {±1}，1=1，2"%?，時刻1^為自然數，[.]τ為矩陣轉置; hjj- [h0,...，hM] - (M+1)p，jj-0, I,...，p ； q是過采樣因子，取值為正整數； XN= [x (k),…，x(k+N-l)]T是Sink接收端接收數據陣是NX (L+l) q接收數據陣,其中X (k) = I'.sL (k)； 步驟B，接收數據矩陣奇異值分解:
【文檔編號】H04L25/03GK103916344SQ201410082022
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月7日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】張昀, 于舒娟, 于大為, 張振洲, 宦如松, 劉歡, 胡蓉 申請人:南京郵電大學