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专利号: 2021103119898
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: 计算;推算;计数
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:

1.一种基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1、通过有标签样本训练半监督集成决策树模型以获得用于区分PU信号和噪声的分类器;

S2、将无标签样本输入分类器,并将置信度高于预设值的无标签样本标记为伪标签;

S3、通过所述的伪标签训练CNN网络以获得频谱感知预测模型。

2.根据权利要求1所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,在步骤S1中,通过提取有标签样本的高阶累积量特征、时频特征和信息熵特征训练半监督集成决策树。

3.根据权利要求2所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,通过混合矩定义Mpq获取各类高阶累积量:p‑q * q

Mpq=E[s(n) (s(n)) ]   (1)提取高阶累积量C40,

E(x(n))表示对x(n)求期望,x(n)表示经过多径衰落的PU信号,利用采样点的平均值代替理论期望,且将接收信号rn的四阶累积量 作为训练半监督集成决策树的信号特征,高阶累积量 的计算方式为:

4.根据权利要求3所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,所述的时频特征包括零中心归一化瞬时幅度谱密度最大值γmax和零中心瞬时相位非线性分量标准偏差βdp,其中,

零中心归一化瞬时幅度谱密度最大值γmax用于表征信号瞬时幅度的变换情况;

零中心瞬时相位非线性分量标准偏差βdp用于区分PU信号和噪声。

5.根据权利要求4所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,零中心归一化瞬时幅度谱密度最大值γmax被定义为:2

rmax=max|DFT(Acn(i))|/N   (4)其中,Acn(i)为零中心归一化瞬时幅度,由下式计算:Acn(i)=An(i)‑1   (5)其中,An(i)=A(i)/ma,ma为瞬时幅度的平均值,零中心瞬时相位非线性分量标准偏差βdp被定义为:其中,φNL是经过零中心化处理后瞬时相位的非线性分量,ta用于判断信号段的一个幅度阈值。

6.根据权利要求5所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,所述的信息熵特征包括频谱香农熵特征、奇异谱熵特征和能量谱熵特征。

7.根据权利要求6所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,将频谱感知描述为如下二元假设检验问题:其中,r(n)表示接收机收到的复信号,n=0,1,2…,N‑1,x(n)表示经过多径衰落的PU信2

号,v(n)为服从高斯分布N(0,σ)的加性高斯白噪声,H0表示信道当前未被占用,H1表示信道被占用。

8.根据权利要求7所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,对公式(7)进行傅里叶变换:

其中,k=0,1,2…N‑1,R(k),S(k)和V(k)分别表示接收信号,PU信号和噪声频谱;

然后通过直方图计算信息熵,将接收信号R(k)幅度值按照大小分到L个箱子中,令Ki表示第i个箱子中的数量,有 定义pi=Ki/N,表示第i个箱子中的频率,有香农熵、奇异谱熵、能量谱熵分别被定义为:将p i= Ki /N 代入得 到接 收 信号的 信息 熵 ,并由 此构 造特 征向 量

9.根据权利要求8所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,在步骤S1之前先构建半监督集成决策模型:L U L U L

令X={X ,X}表示由有标签样本集X 和无标签样本集X构成的训练集,Y={yi|yi∈[0,L J

1]}对应于X的标签,fi=f(xi)∈R表示第i个接收信号xi对应的特征向量,xi∈X;

在步骤S1中,利用有标签训练集 学习M棵决策树,并使用该M棵决策树的组合预测输出:

U

在步骤S2中,输入无标签样本集X,将其中置信水平高于预设值的样本标记为伪标签;

m

第M棵决策树h(·)定义为:m J m

其中,s (·):R a{1,2,...,C }为决策树结构,表示将一个样本映射到相应的叶节点m m

索引,C=|h (·)|为当前决策树中叶节点的数目, 为所有叶节点的响应值向量。

10.根据权利要求9所述的基于半监督深度学习的频谱感知方法,其特征在于,为半监督集成决策树模型定义如下代价函数:其中, 表示信号产生的二进制交叉熵损失,第一项和第二项分别为有标签信号和无标签信号产生的分类损失,μ∈[0,1]是一个平衡系数。