过计算得到已经布设频谱扫描仪的地点所对应的测量矩 阵〇<1，使得其中的向量yd= ?dx，其中：yd是通过已经布设的频谱扫描仪实际测量得到的结 果，X是所有67个测量点的完整的白频谱数据。
[0043] 1.2)计算出初始化的白噪声方差相，=!wr(yd)/l〇〇.其中：va:r(yd)表示yd的方差。
[0044] 1.3)对数据恢复错误率进行优化，具体步骤包括：
[004引1.3.1)通过贝叶斯压缩感知，将yd，W，，瑞作为输入，恢复得到的X的均值与 协方差：
亿机7的取^之私％说取寸/4)取T,巧中：E(X)表示均值，Cov(X)表示方差，A表示参 数矩阵，可由求解贝叶斯压缩感知问题得到。
[0046] 1.3.2)对于下一个待布设频谱扫描仪的位置1，分别计算在该位置布设频谱扫描 仪之前和之后的差分赌，并计算二者的差值Ah(句=h,，ew(x) - h(x)=侣+ 斬'1， 当差分赌的差值最大时所对应的位置即布设下一个频谱扫描仪，之后更新测量矩阵为〇<1 为[史;^'，并利用该测量矩阵可W得到新的测量结果Yd= OdX,最后更新白噪声的方差 喊(' =rar(yj/ 1齡。
[0047] 1.3.3)重复上述步骤1.3.1和1.3.2，直至白噪声的方差小于阔值。
[0048] 第二步、频谱扫描仪位置优化，具体为:对于每一个已布设的频谱扫描仪的位置， 通过预去除后用剩下的频谱扫描仪进行数据恢复，并通过恢复测错误率的高低判断，该已 布设的频谱扫描仪的重要性，因此首先选择去除最小的错误率所对应的频谱扫描仪的位 置，并采用步骤1.3.2所述方法计算更新后的位置，得到优化后的测量矩阵。
[0049] 所述的第二步优选为重复10轮。
[0050]第S步、数据恢复:根据最终优化后的测量矩阵O d，得到的测量结向量yd = O dx = CO，由贝叶斯压缩感知理论求得X的均值与协方差差为：
[0052] 其中：EU)表示均值，Cov(X)表示协方差，0表示白噪声，初始化为yd方差的百分之 一，W表示离散余弦变换矩阵，A表示参数矩阵。
[0053] 所述的参数矩阵，由求解一优化问题得到，即最大化[Mlog站 +.log问+y|C-i说] ，其中=C = O2I+巫是频谱扫描仪的总个数。
[0054] 可W用均值作为X的预测值，用协方差矩阵的对角线元素作为相应预测值的置信 度。根据E (X)的值，通过与白频谱阔值(-87.5dBm/8MHz)的比较得到所有67个地点的白频谱 信息。
[0055] 本实施例的模拟实施例计算了频谱扫描仪数目从3到66的情况下相应的FARate和 W化0 S S R a t e，并研究了恢复错误率阔值与所需频谱扫描仪个数的关系，其中：F A R a t e、 WSLossRate和恢复错误率的定义如下：
[0059] 实施例中，将WIS邸和FIWEX机制作为室内白频谱检测的对比项。
[0060] 如图3a所示，在大多数频谱扫描仪数目的情况下，机制（TIME)的FARate大多数介 于WIS邸和FI肥X之间，运说明TIME的安全性与WIS邸相当，稍逊于FI肥X。平均来说，TIE的平 均FARate是2.21 %，WIS邸的平均FARate是2.18%，FI肥X的平均FARate是 1.49%。
[0061] 如图3b所示，TIME和FIWEX的WSLOSSRate均低于WISER,说明相较于WI沈R，TIME和 FIWEX可W发现更多的白频谱。平均来说，TIME的平均WSLOSSRate是15.6% ,FIWEX的平均 WSLOSSRate是 14.2%，而WI沈R的平均WSLOSSRate高达 19.9%。
[0062] 图4a和图4b是数据恢复错误率与需要的频谱扫描仪的个数的关系图，从图中可W 知道数据恢复错误率阔值与需要的频谱扫描仪的个数的关系，可W指导的频谱扫描仪的布 设。
[0063] 通过W上模拟实施例的结果，在不基于训练集的情况下，TIME的表现要好于 WISER,稍逊于FI肥X，运说明在去掉复杂训练过程的情况下，TIME依然能够取得令人满意的 表现。
[0064] 上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下W不同 的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围W权利要求书为准且不由上述具体实施所 限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
【主权项】
1. 一种基于贝叶斯压缩感知的免于训练的室内白频谱检测方法，其特征在于，通过在 选定的若干测量点中随机布设至少Ξ个频谱扫描仪并测量其所在位置的数字电视信道，根 据测量结果生成相应的测量矩阵后，W计算在该位置布设频谱扫描仪之前和之后的差分赌 最大为原则逐个推算得到各个测量点对应的位置，进行对应的测量并更新测量矩阵，并恢 复得到完整的频谱数据，当用户需要白频谱时，根据频谱数据的均值返回给用户其相应位 置可用的白频谱列表，供用户选择可用信道进行通信。2. 根据权利要求1所述的室内白频谱检测方法，其特征是，所述的测量矩阵Od，该测量 矩阵中的向量yd=〇dX，其中：yd是通过已经布设的频谱扫描仪实际测量得到的结果，X是所 有测量点的完整的白频谱数据，测量矩阵Od通过把已经布设的频谱扫描仪所对应的位置 置为1得到。3. 根据权利要求1所述的室内白频谱检测方法，其特征是，所述的推算，具体包括W下 步骤： 3.1) 根据扫描仪测到的测量结果yd，恢复得到完整的频谱数据X，根据贝叶斯压缩感知 理论，频谱数据X的均值与协方差为：其中：EU)表示均值，Cov(x)表示协方差，0表示白噪声，初始化为yd方差的百分之一，Ψ 表示离散余弦变换矩阵，A表示参数矩阵，由极大似然估计得到，具体为： 最大化姜中：〔 = 〇2Ι + ΦΑ-?φΤ，Μ是频谱扫描仪的总个 数； 3.2) 利用计算所得的协方差，通过最大化布设前后差分赌的差值得到下一个布设频谱 扫描仪的地点1，具体为:最大化痒中：Φ1是地点1所对应的测量矩阵； 3.3) 更新测量矩阵，W [均.承ff·作为更新后的〇d，计算出测量矩阵〇d下的测量结果 yd，将σ的值更新为yd方差的百分之一； 3.4) 重复步骤3.1至3.3直至频谱扫描仪的数目达到要求。4. 根据权利要求1所述的室内白频谱检测方法，其特征是，所述的测量矩阵，通过W下 方式生成： 1.1) 本实施例中总共需要布设M(〉3)个室内频谱扫描仪，首先随机选r = 3个点，每个点 分别布设一个频谱扫描仪，通过计算得到已经布设频谱扫描仪的地点所对应的测量矩阵 Od，使得其中的向量yd=〇dx，其中：yd是通过已经布设的频谱扫描仪实际测量得到的结 果，X是所有67个测量点的完整的白频谱数据； 1.2) 计算出初始化的白噪声方差=仍矿(况:)/1邮.，其中：va;r(yd)表示yd的方差； 1.3) 对数据恢复错误率进行优化。5. 根据权利要求4所述的室内白频谱检测方法，其特征是，所述的优化，具体是指： 1.3.1)通过贝叶斯压缩感知，将yd，W，&d，瑞作为输入，恢复得到的X的均值与协方 差：庚中：E (X)表示均值，Cov(x)表示方差，A表示参数矩阵，可由求解贝叶斯压缩感知问题得到； 1.3.2) 对于下一个待布设频谱扫描仪的位置1，分别计算在该位置布设频谱扫描仪之 前和之后的差分赌，并计算二者的差值ΔΑ的二h胃的一W幻=化+占 Φ?ΨΣψΤφΠ ，当差 分赌的差值最大时所对应的位置即布设下一个频谱扫描仪，之后更新测量矩阵为Od为 [Φ;|'，乘ff，并利用该测量矩阵可W得到新的测量结果yd=〇dx，最后更新白噪声的方差 磕? =丽'(乂!)/1〇 化 1.3.3) 重复上述步骤1.3.1和1.3.2,直至白噪声的方差小于阔值。6.根据权利要求5所述的室内白频谱检测方法，其特征是，所述的各个测量点对应的位 置，通过预去除后用剩下的频谱扫描仪进行数据恢复，并通过恢复测错误率的高低判断，该 已布设的频谱扫描仪的重要性，因此首先选择去除最小的错误率所对应的频谱扫描仪的位 置，并采用步骤1.3.2所述方法计算更新后的位置，得到优化后的测量矩阵。
【专利摘要】一种基于贝叶斯压缩感知的免于训练的室内白频谱检测方法，通过在选定的若干测量点中随机布设至少三个频谱扫描仪并测量其所在位置的数字电视信道，根据测量结果生成相应的测量矩阵后，以计算在该位置布设频谱扫描仪之前和之后的差分熵最大为原则逐个推算得到各个测量点对应的位置，进行对应的测量并更新测量矩阵，并恢复得到完整的频谱数据，当用户需要白频谱时，根据频谱数据的均值返回给用户其相应位置可用的白频谱列表，供用户选择可用信道进行通信。本发明免去了复杂的训练过程，极大降低方法实现复杂度的同时在准确率上只有微小的损失。
【IPC分类】H04B17/382
【公开号】CN105553583
【申请号】CN201511003190
【发明人】吴帆, 刘东鑫, 孔令和, 陈贵海
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月28日