无线传感网虚拟多输入多输出系统信号盲检测方法
【专利摘要】本发明公开了无线传感网虚拟多输入多输出系统信号盲检测方法，所述方法利用无线传感器网传感器高密度分布的特点，在无线传感器网进行分簇处理的基础上，构造了一种虚拟MIMO系统盲检测模型，引入hopfield神经网络，采用多用户的Hopfield盲检测算法，实现无线传感网的接收端对簇间的簇首信号盲检测；然后将单用户的Hopfield盲检测算法，用于簇内各传感器节点信号盲检测。本发明方法在低信噪比，短数据的环境下，成功实现了盲检测，性能较好，为无线传感网提供了一种高速、低复杂度的信号盲检测方法。
【专利说明】无线传感网虚拟多输入多输出系统信号盲检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感网信号处理领域及神经网络领域，尤其是涉及无线传感网虚拟多输入多输出系统信号盲检测方法。
【背景技术】
[0002]传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实可靠的信息，因此可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。传感器网络的主要特点有:传感器网络节点在电源能量、通信能力、计算能力和存储容量等方面受限；传感器网络的拓扑结构变化速度很快；以数据为中心等等。随着高速率数据通信和无线传感网技术的迅猛发展，无线传感器网络中传感器节点高密度分布的独特的要求和制约因素为传感器网络的研究提出了新的技术问题和新的挑战。
[0003]无线传感器网络是一个能量受限的网络，传感器节点有体积、成本等方面的限制，多数情况下传感器网络中的节点都是由电池供电，电池容量有限，且在很多应用中不可能更换电池，因此，如何节省能耗并延长网络寿命是无线传感器网络设计中的一个关键问题。特别地，传感器节点的无线通信传输能耗是传感器节点能耗的主要部分，因此将能量受限的单天线传感节点以一定的机理协同起来形成虚拟的多天线系统，以此来提高网络系统的频谱效率和能量效率，达到降低系统能耗的目的，已成为研究的热点。
[0004]文献指出[杨维.移动通信中的阵列天线技术[M].清华大学出版社有限公司，2005]，MMO系统要求多个发送阵列天线的间距大于10倍的信号波长，才能建立起多个相互独立的子信道，而无线传感网节点体积较小，直接采用多天线MMO技术是不现实的[程波，无线传感器网络虚拟MMO接收技术研究[D].华中科技大学，2007]。如果采用分簇处理，将距离较近的几个网络节点按照某种机理分成一个簇，并将簇内待传数据的节点和它附近的伙伴节点组织起来一起工作，多个单天线节点就形成了一个虚拟的多天线系统，那么多天线MIMO技术用于实际无线传感网中就成为可能，因此一种针对无线传感器网的虚拟MIMO技术被提了出来[无线传感网虚拟MIMO关键技术研究]。
[0005]文献[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 的空时编码方案首次建立了系统和传感器节点的协作式虚拟MIMO系统的能耗模型，之后很多文献也提出了多种虚拟MMO传输模型。但这些模型都是需要经过空时编码或者分层空时编码，而且都需要发送训练序列估计信道，这些都会耗费传感器节点能量。由于无线传感网一般是由低处理能力的节点组成，设计低复杂度的接收算法是其必然要求。全反馈Hopfield神经网络由于其良好的自组织、自学习、自适应性、高度的非线性、并行处理信息的能力，目前已广泛应用于单输入多输出系统的盲检测技术中，但是尚缺乏多输入多输出系统Hopfield算法的研究。
[0006]针对无线传感网的上述需求，本发明构造了基于全反馈Hopfield神经网络的虚拟MMO系统盲检测方法，设计了多用户的Hopfield盲检测算法用于无线传感网的接收端对簇间的簇首信号盲检测，又将单用户的Hopfield盲检测算法用于簇内各传感器节点信号盲检测，最终得到所有传感器信号。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对无线传感网现有技术的缺陷和不足，提供无线传感网虚拟多输入多输出系统信号盲检测方法。本发明在无线传感网虚拟多输入多输出MIMO传输模型分簇的基础上，设计了多用户的Hopfield盲检测算法用于无线传感网的接收端对簇间的簇首信号盲检测，又将单用户的Hopfield盲检测算法用于簇内各传感器节点信号盲检测，旨在为无线传感网信号盲检测提供一种高速、低复杂度的方法。
[0008]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0009]无线传感网虚拟多输入多输出系统信号盲检测方法，所述方法包括簇间MMO传感器信号的Hopfield检测方法和簇内簇首节点自带的SIMO Hopf ield信号检测方法，具体步骤如下:
[0010]1.簇间MMO传感器信号的Hopfield检测方法
[0011]步骤A，构造接收数据矩阵:
[0012]设无线传感网虚拟MMO传输模型传感器节点分为P簇，Sink接收端安装有q根天线，簇首间信号无相关性，将该模型作为P输入q输出的虚拟MIMO有限冲激响应系统，其基带输出信号为:
[0013]XN=SN.r τ
[0014]式中，XN是接收数据阵，SN是是各簇簇首的发送信号阵，r是由信道冲激响应Iijj构成的块Toeplitz矩阵；(.)τ表示矩阵转置；
[0015]其中，发送信号阵:
[0016]SN=[sL(k),…，sL(k+N-l)]T=[sn (k),…，sn (k_M_L) ]NX (L+M+1)P,
[0017]M为信道阶数，L为均衡器阶数，N为所需数据长度；
[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,时刻k为自然数，[.]τ为矩阵转置；
[0020]h^tho, - ,hM]
qX (M+l)p，JJ-Oj I，…，P ;
[0021]q是过采样因子，取值为正整数；
[0022]XN= [x (k),…，XSink接收端接收数据阵是NX (L+l) q接收数据阵,其中 X (k) = r.sL (k)；
[0023]步骤B，接收数据矩阵奇异值分解:
[0024]
【权利要求】
1.无线传感网虚拟多输入多输出系统信号盲检测方法，其特征在于，包括簇间MMO传感器信号的Hopfield检测方法和簇内簇首节点自带的SIMO Hopf ield信号检测方法，具体步骤如下: 簇间MMO传感器信号的Hopfield检测方法 步骤A，构造接收数据矩阵: 设无线传感网虚拟MIMO传输模型传感器节点分为P簇,Sink接收端安装有q根天线，簇首间信号无相关性，将该模型作为P输入q输出的虚拟MIMO有限冲激响应系统，其基带输出信号为:
XN=SN.I'T 式中，XN是接收数据阵，SN是是各簇簇首的发送信号阵，I'是由信道冲激响应Iijj构成的块To印Iitz矩阵；(.)t表示矩阵转置； 其中，发送信号阵:
SN=[sL(k),…，sL(k+N-l)]T=[sn (k),…，sn (k_M_L) ]NX (L+M+1)P, M为信道阶数，L为均衡器阶数，N为所需数据长度；
sL(k) = [sT(k),…，sT(k-L-M)]T ;其中，sTQiXsJk) s2 (k)...sp (k)], Si (k) e {±1}，1=1，2"%?，时刻1^为自然数，[.]τ为矩阵转置; hjj- [h0,...，hM] - (M+1)p，jj-0, I,...，p ； q是过采样因子，取值为正整数； XN= [x (k),…，x(k+N-l)]T是Sink接收端接收数据阵是NX (L+l) q接收数据阵,其中X (k) = I'.sL (k)； 步骤B，接收数据矩阵奇异值分解:
【文档编号】H04L25/03GK103916344SQ201410082022
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月7日 优先权日:2014年3月7日
【发明者】张昀, 于舒娟, 于大为, 张振洲, 宦如松, 刘欢, 胡蓉 申请人:南京邮电大学