1.一种ISM频段中基于时频二维LMBP神经网络的频谱预测方法,其特征在于,包括步骤:
步骤1:收集ISM频段实测数据,计算ISM频段时域的相关性和频域的相关性;在步骤1中,在收集ISM频段频谱实测数据后,该频段时域的相关性R(Δt),频域的相关性R(Δf)的计算如下:其中,CSI(t,c)的量化公式为:
R(t,c)
和CSI(t,c)分别表示时刻t下信道c的实测功率值和信道状态信息;
两个0-1序列的相关度 定义如下:
该式常用于评估两个二进制序列的相关性,其中I(A)为判别函数,如A值为真,则I(A)=1,否则I(A)=0,由R(Δt),R(Δf)的相关性曲线得到ISM频段邻近时隙和邻近频点间的相关性;
步骤2:基于ISM频段时域的相关性和频域的相关性,构建二维预测矩阵,在第一层网络中以并行的方式实现时域和频域的共同训练,得到第一层网络的输出向量Y1t,Y2t,将第一层网络的输出向量Y1t,Y2t作为第二层网络的输入向量,得到最终的预测值Yt,即构建时频二维LMBP神经网络实现ISM频段的频谱预测;
步骤3:利用步骤1中得到的ISM频段的实测数据作为训练序列,通过调整公式,调整公式为:调整公式 uk+1表示下一步迭代得到的参数向量,uk表示当前迭代的参数向量,J(uk)表示e(uk)的Jacobian矩阵, 表示微增量单位矩阵,e(uk)表示误差向量,调整公式以误差函数F(u)≤ε为条件,ε表示预设的目标误差;完成时频二维LMBP神经网络的迭代训练,得到参数向量u的最优解,以此得到神经网络的权值向量w和阈值向量b;步骤3具体为:将ISM频段的实测数据作为训练序列输入时频二维LMBP神经网络中,得到输出向量Y=[Y1,Y2,Y3,...,Ym]T,并与目标向量构成误差函数:,Zi为神经网络模型的目标向量,ei为误差向量,u是由神经网络权值w和阀值b组成的参数向量:
参数向量u的牛顿法学习规则: 其中 为Hessian矩阵的逆矩阵;gk为
F(u)的梯度,gk=▽F(u)=2JT(u)·e(u),J(uk)为e(u)的雅克比矩阵:
步骤4:构建时域和频域输入向量矩阵Xt,Xf:将Xt、Xf作为神经网络输入向量,通过权值向量w和阈值向量b已达到最优值的时频二维LMBP神经网络,得到输出向量Y=[Y1,Y2,Y3,...,Ym]T,Ym即为CSI(tm,cm)的预测值,tm表示第m个时刻,cm为第m个信道,完成频谱预测。
2.根据权利要求1所述的ISM频段中基于时频二维LMBP神经网络的频谱预测方法,其特征在于,所述步骤1和步骤2的时域X1=[CSI(t-1,c),CSI(t-2,c),...,CSI(t-Δt,c)]T和频域X2=[CSI(t,c±1),CSI(t,c±2),...,CSI(t,c±Δf)]T,所示CSI(t-Δt,c)表示时刻(t-Δt)信道c的信道状态信息,CSI(t,c±Δf)表示时刻t信道(c±Δf)的信道状态信息。
3.根据权利要求1所述的ISM频段中基于时频二维LMBP神经网络的频谱预测方法,其特征在于,在步骤2中,将频域预测点加入神经网络输入向量中,构建二维预测矩阵,在第一层网络中以并行的方式实现时域X1=[CSI(t-1,c),CSI(t-2,c),...,CSI(t-Δt,c)]T和频域X2=[CSI(t,c±1),CSI(t,c±2),...,CSI(t,c±Δf)]T的共同训练,得到输出向量Y1t,Y2t,将Y1t,Y2t作为第二层网络的输入向量,得到最终的预测值Yt,以时域和频域结合的方法构建时频二维LMBP神经网络来实现ISM频段的频谱预测。
4.根据权利要求1所述的ISM频段中基于时频二维LMBP神经网络的频谱预测方法,其特征在于,在步骤4具体为:以ISM频段实测数据来构建时域和频域输入向量矩阵Xt,Xf:将Xt,Xf作为神经网络输入向量,通过权值向量w和阈值向量b已达到最优值的时频二维LMBP神经网络,得到输出向量Y=[Y1,Y2,Y3,...,Ym]T,Ym即为CSI(tm,cm)的预测值。