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专利号: 2020116212814
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于协方差矩阵的长短期记忆协作频谱感知方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、典型认知无线系统包含1个主用户,L个次用户,L为自然数;当主用户PU通信未被干扰时,第i个次用户SUi对PU信号检测,得到连续时间序列,其中,i=1,2,…,L;对连续时间序列执行次用户感知信号检测,得到N×N维的主信号协方差矩阵,N为自然数,表示采样点数;

S2、将主信号协方差矩阵作为输入,执行信号样本标注,得到L个次用户的样本标签集,即把每个样本协方差矩阵中的N个序列,标记为0或1的标签集,分别代表PU存在或不存在频谱空穴;

S3、将第i个次用户SUi的样本标签集作为输入,执行LSTM网络训练,得到样本的特征序列;

S4、将样本的特征序列作为输入,执行全连接层与Softmax层联合处理,得到每个次用户0到1间的数值PiH0,表示主用户PU存在频谱空穴的概率;

所述步骤S4中的全连接层与Softmax层联合处理,包括以下步骤:S41、将SU1得到的样本序列X={x1 x2 x3...xN},按一定比例作为训练数据集X1和验证数据集X2,将其余次用户SUi(i=2,3,…,L)中得到的样本序列作为测试集X3,再将训练数据集X1输入LSTM网络,以执行LSTM网络训练,得到训练好的模型Y,输出特征序列TN,N为输出的维度;

S42、从LSTM输出的特征序列TN,输入到全连接层与Softmax层归一化处理,即通过Softmax函数把0和1分类,输出最终的频谱感知结果P1H0;

S43、待训练数据集X1训练结束后,将SU1中得到的验证数据集X2,输入到已训练好的模型Y,当模型发散或出现不寻常结果时,终止训练,执行人工调参,以得到最优模型;

S44、整个系统的映射关系表示为:

PiH0=f(xi)                           (5)其中,PiH0为信号通过LSTM网络,在全连接层与Softmax层处理后所得的分类概率;将其余次用户SUi(i=2,3,…,L)中得到的协方差样本序列,作为测试集X3,在LSTM网络及全连接层与Softmax层测试,得到最终测试值PiH0,即为频谱感知结果;

所述步骤S42,包括:

将LSTM输出的特征序列TN作为输入,TN通过全连接层分类,将特征序列TN维度由N降到

1,然后将其输出到样本标记空间,即输出0或1两个实数;之后,将全连接层的输出输入softmax层,以将全连接层的输出结果0和1分类,并输出0和1的概率;其中,softmax层将0和

1输出为2个[0,1]区间实数,即PiH0,表示为PU存在频谱空穴的概率;

softmax层在执行分类过程时,采用以下公式:

yt=softmax(wht+b)                          (4)其中,xi为全输入层的输出,i为自然数,表示第i次输入,exp(xi)表示输入xi的指数函数,w为权重矩阵,b为向量偏差,ht为隐藏层的输出,yt的最终输出的就是0和1的分类概率,t为时刻。

2.根据权利要求1所述的一种基于协方差矩阵的长短期记忆协作频谱感知方法,其特征在于,所述步骤S1中的次用户感知信号检测,包括以下步骤:S11、当主用户PU通信未被干扰时,第i个次用户SUi对PU信号检测,接收信号采用二元假设模型表示为:其中,ri(k)表示第i个次用户在时刻k所接收的连续时间序列,k为整数,hi(k)为表示在时刻k第i个传输信道损耗系数,取值在0到1之间;s(k)表示主用户PU的信号,ni(k)表示第i2

个次用户在时刻k所接收的均值为0、方差为σ的加性高斯白噪声,H0表示无PU信号,H1表示有PU信号;

S12、对第i个次用户SUi接收到的PU信号,执行协方差矩阵的计算,即将PU信号采样为L×N维矩阵Rk,k为时刻;然后通过 计算得到N×N维样本协方差矩阵SN,N为采样点数。

3.根据权利要求2所述的一种基于协方差矩阵的长短期记忆协作频谱感知方法,其特征在于,所述步骤S2的信号样本标注,包括以下步骤:S21、次用户在k时刻接收的L个连续时间序列,经N次采样后,得到L×N维矩阵Rk,表示为:S22、通过 计算得到维度为N×N的协方差实矩阵SN;然后,将其依次分为N个序列,并表示为:S=[s1 s2 s3...sN];sj为1×N维实向量,标记为0或1,分别代表PU存在或不存在频谱空穴;

S23、将标注的相应标签集设为:X={x1 x2 x3...xN},xj取值为0或1,分别表示PU不存在或PU存在。