無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，包括：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算同時(shí)進(jìn)行信道估計(jì)的發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；選擇列數(shù)與發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量相同的正交訓(xùn)練碼矩陣；按照均勻分布隨機(jī)生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)源并保存至發(fā)送簇中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)；多個(gè)接收簇普通節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送的訓(xùn)練信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)至接收簇中心節(jié)點(diǎn)；接收簇中心節(jié)點(diǎn)重構(gòu)接收的訓(xùn)練信號(hào)的接收矩陣，獲得重構(gòu)訓(xùn)練矩陣；奇異值分解獲得奇異向量；重構(gòu)奇異向量，建立信道矩陣的線性方程組并求解，獲得信道矩陣的估計(jì)值。還提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)系統(tǒng)，上述信道估計(jì)方法和系統(tǒng)中的接收簇的普通節(jié)點(diǎn)接收訓(xùn)練信號(hào)時(shí)不需要單個(gè)輪流進(jìn)行，信道估計(jì)較快。
【專利說明】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線信息傳輸領(lǐng)域，特別是涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)的觀察者感興趣的感知對(duì)象的各種信息(如光強(qiáng)、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象)，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理后以無線的方式發(fā)送出去，通過無線網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、智能家居、工業(yè)生產(chǎn)控制以及商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般由普通節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)組成。由于傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目一般比較龐大，所以通常根據(jù)擺放位置不同而分成多個(gè)簇進(jìn)行管理。每個(gè)簇由多個(gè)普通節(jié)點(diǎn)及I個(gè)中心節(jié)點(diǎn)組成。傳感器普通節(jié)點(diǎn)具有采集和通信的功能。一方面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理；另一方面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，包括本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸與其它節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理本簇中普通節(jié)點(diǎn)，控制普通節(jié)點(diǎn)的采集及通信調(diào)度。傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目一般非常龐大，通常采用不能補(bǔ)充的電池提供能量；傳感器節(jié)點(diǎn)的能量一旦耗盡，那么該節(jié)點(diǎn)就不能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)的功能，直接影響整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的健壯性和生命周期。通常，數(shù)據(jù)通信所消耗的能量占總能耗相當(dāng)大一部分。因此，傳感器節(jié)點(diǎn)需要盡可能降低通信的能耗。通信能耗一般與通信信道質(zhì)量是直接相關(guān)的，在通信過程中，中心節(jié)點(diǎn)必須充分了解本簇的節(jié)點(diǎn)與其他簇的節(jié)點(diǎn)之間的信道狀況，才能挑選能耗最低通信傳輸路徑，因此為了獲得較好的通信信道質(zhì)量，需要提高信道估計(jì)的速度。
[0004]一般的信道估計(jì)算法多采用一對(duì)多的方式，即發(fā)送數(shù)據(jù)的簇的每個(gè)普通節(jié)點(diǎn)輪流發(fā)送一組訓(xùn)練序列，接收數(shù)據(jù)的簇的所有普通節(jié)點(diǎn)收到訓(xùn)練序列后進(jìn)行信道估計(jì)，并反饋給中心節(jié)點(diǎn)。這種方法的缺點(diǎn)在于，由于每簇中普通節(jié)點(diǎn)數(shù)過多，所以導(dǎo)致各個(gè)普通節(jié)點(diǎn)需要輪流排隊(duì)進(jìn)行信道估計(jì)，信道估計(jì)的速度過慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種能提高信道估計(jì)的速度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法及系統(tǒng)。一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，包括:
[0006]節(jié)點(diǎn)數(shù)量確定步驟，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算同時(shí)進(jìn)行信道估計(jì)的發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；
[0007]選擇步驟，選擇列數(shù)與所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量相同的正交訓(xùn)練碼矩陣；
[0008]信號(hào)生成步驟，根據(jù)所述正交訓(xùn)練碼矩陣的碼源數(shù)量，按照均勻分布隨機(jī)生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)源，并保存至發(fā)送簇中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)以生成訓(xùn)練信號(hào)；
[0009]接收步驟，多個(gè)接收簇普通節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收由所述發(fā)送簇中心節(jié)點(diǎn)控制多個(gè)所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送對(duì)應(yīng)的所述訓(xùn)練信號(hào)；
[0010]轉(zhuǎn)發(fā)步驟，所述接收簇普通節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所述訓(xùn)練信號(hào)至接收簇中心節(jié)點(diǎn)；[0011]重構(gòu)步驟，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)重構(gòu)接收的所述訓(xùn)練信號(hào)的接收矩陣，獲得重構(gòu)訓(xùn)練矩陣；
[0012]分解步驟，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)對(duì)所述重構(gòu)訓(xùn)練矩陣進(jìn)行奇異值分解獲得奇異向量;
[0013]建立方程組步驟，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)基于子空間理論重構(gòu)所述奇異向量，建立信道矩陣的線性方程組；
[0014]估算步驟，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)求解所述線性方程組，獲得所述信道矩陣的估計(jì)值。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為N，所述正交訓(xùn)練碼矩陣的表達(dá)式為s = [A1^xn，其中1=1，…，L，n=l,…，N，根據(jù)所述正交訓(xùn)練碼矩陣的碼源數(shù)量，按照均勻分布隨機(jī)生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)源的表達(dá)式為
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，包括: 節(jié)點(diǎn)數(shù)量確定步驟，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算同時(shí)進(jìn)行信道估計(jì)的發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量； 選擇步驟，選擇列數(shù)與所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量相同的正交訓(xùn)練碼矩陣； 信號(hào)生成步驟，根據(jù)所述正交訓(xùn)練碼矩陣的碼源數(shù)量，按照均勻分布隨機(jī)生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)源，并保存至發(fā)送簇中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)以生成訓(xùn)練信號(hào)； 接收步驟，多個(gè)接收簇普通節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收由所述發(fā)送簇中心節(jié)點(diǎn)控制多個(gè)所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送對(duì)應(yīng)的所述訓(xùn)練信號(hào)； 轉(zhuǎn)發(fā)步驟，所述接收簇普通節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所述訓(xùn)練信號(hào)至接收簇中心節(jié)點(diǎn)； 重構(gòu)步驟，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)重構(gòu)接收的所述訓(xùn)練信號(hào)的接收矩陣，獲得重構(gòu)訓(xùn)練矩陣； 分解步驟，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)對(duì)所述重構(gòu)訓(xùn)練矩陣進(jìn)行奇異值分解獲得奇異向量； 建立方程組步驟，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)基于子空間理論重構(gòu)所述奇異向量，建立信道矩陣的線性方程組； 估算步驟，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)求解所述線性方程組，獲得所述信道矩陣的估計(jì)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為N，所述正交訓(xùn)練碼矩陣的表達(dá)式為S = [AIxn，其中1=1，…，L，n=l，…，N，根據(jù)所述正交訓(xùn)練碼矩陣的碼源數(shù)量，按照均勻分布隨機(jī)生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)源的表達(dá)式為S= [s0 S1…sK_JT，所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)源的長度為K。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述接收矩陣的表達(dá)式為Y = [Y1I1jxm，其中1=1，…，L, m=l, “.，Μ,在所述I時(shí)刻,第m個(gè)接收簇普通節(jié)點(diǎn)接收的所述訓(xùn)練信號(hào)的表達(dá)式為:
?=1 其中，W表示所述信道中的加性復(fù)高斯白噪聲，hn，m表示從第η個(gè)發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)到所述第m個(gè)接收簇普通節(jié)點(diǎn)的信道增益。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，在所述I時(shí)亥IJ，所述第m個(gè)接收簇普通節(jié)點(diǎn)接收的所述訓(xùn)練信號(hào)表達(dá)式轉(zhuǎn)換為Y = SH+V，其中，
Y= [y1,m]LxMJ H = [hn，m]NXM，V= [v1,m]LXM?
I = l，.“，L，m = 1，...，Μ，η = 1，...，Ν。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，在忽略所述加性復(fù)高斯白噪聲條件下，所述第m個(gè)接收簇普通節(jié)點(diǎn)接收的所述訓(xùn)練信號(hào)轉(zhuǎn)換為Y = SH，其中，^，Xk為一個(gè)LXN實(shí)矩陣，Y的第j列表不為:
k=\
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)重構(gòu)接收的所述訓(xùn)練信號(hào)的接收矩陣，獲得重構(gòu)訓(xùn)練矩陣為:將所述Y的所有列首尾相連獲得一個(gè)接收分組1，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)對(duì)所述重構(gòu)訓(xùn)練矩陣進(jìn)行奇異值分解獲得奇異向量為:對(duì)所述重構(gòu)訓(xùn)練矩陣Ψ進(jìn)行奇異值分解，得到
Ψ = U XWa= [Us Un] XWa 其中，A表示共軛轉(zhuǎn)置，所述Us表示信號(hào)子空間，所述Us為一個(gè)MLX 2K的矩陣，且所述Us包含了 U的前2K列，所述Un表示噪聲子空間，所述Un包含了所述U剩下的ML-2K列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)對(duì)所述奇異向量進(jìn)行重構(gòu)，建立信道矩陣的線性方程組為: 基于所述子空間理論，所述信號(hào)子空間與所述噪聲子空間相互正交，得到表達(dá)式O。， 令P=ML-2K，將所述Un分解為Un = [U1-Up]，將所述Un的第P列<xl分成長度為LX I的 M 塊， t;其中
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)方法，其特征在于，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)求解所述線性方程組為:將所述/Vp1…= o等價(jià)轉(zhuǎn)化為\ftuf=(--)(--)Η =Τι--Η0ι)Η =ο，令Pf=I,獲得瓦—⑷ ，求出所述信道矩陣的唯一解，將所述唯一解轉(zhuǎn)換成矩陣形式，所述唯一解與實(shí)際信道相差常數(shù)α倍，將所述信道矩陣和所述正交訓(xùn)練碼矩陣代入Y = SH，求出α，獲得估計(jì)的實(shí)際信道。
10.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 節(jié)點(diǎn)數(shù)量確定單元，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算同時(shí)進(jìn)行信道估計(jì)的發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量； 選擇單元，選擇列數(shù)與所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)的數(shù)量相同的正交訓(xùn)練碼矩陣； 信號(hào)生成單元，根據(jù)所述正交訓(xùn)練碼矩陣的碼源數(shù)量，按照均勻分布隨機(jī)生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)源，并保存至發(fā)送簇中心節(jié)點(diǎn)和多個(gè)所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)以生成訓(xùn)練信號(hào)； 接收單元，多個(gè)接收簇普通節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收由所述發(fā)送簇中心節(jié)點(diǎn)控制多個(gè)所述發(fā)送簇普通節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送對(duì)應(yīng)的所述訓(xùn)練信號(hào)； 轉(zhuǎn)發(fā)單元，所述接收簇普通節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所述訓(xùn)練信號(hào)至接收簇中心節(jié)點(diǎn)； 重構(gòu)單元，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)重構(gòu)接收的所述訓(xùn)練信號(hào)的接收矩陣，獲得重構(gòu)訓(xùn)練矩陣； 分解單元，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)對(duì)所述重構(gòu)訓(xùn)練矩陣進(jìn)行奇異值分解獲得奇異向量；建立方程組單元，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)基于子空間理論重構(gòu)所述奇異向量，建立信道矩陣的線性方程組； 估算單元，所述接收簇中心節(jié)點(diǎn)求解所述線性方程組，獲得所述信道矩陣的估計(jì)值。
【文檔編號(hào)】H04L25/02GK103491034SQ201310468736
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】喬登宇, 李燁, 易稱福 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院