正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配方法，該方法可 應(yīng)用于分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)在正交信道中的傳輸功率分配問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 至今為止，人們對于分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的估計(jì)融合問題已經(jīng)研究了幾十年。該 問題在很多的實(shí)際領(lǐng)域中都受到了顯著的關(guān)注，例如：目標(biāo)跟蹤及本地化，遙感和軍事偵查 等。分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是將一組已經(jīng)由放置在空間中的傳感器預(yù)先處理過的數(shù)據(jù)通過多 徑信道MC傳輸?shù)饺诤现型汀ⅲ诤现型?、按照融合?guī)則將所有傳感器通過多徑信道傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)進(jìn)行組合，并且提供一個對于源發(fā)送信號的估計(jì)值。在傳感器和融合中屯、之間的多徑信 道MAC有兩種情況；正交和相關(guān)?，F(xiàn)在所研究的主要是針對正交多徑信道MAC,即所有的傳 感器通過相互獨(dú)立的無干擾的信道將傳感器的本地檢測值傳輸?shù)饺诤现型?、，該信道可W通 過時分復(fù)用TDMA、頻分復(fù)用FDMA、碼分復(fù)用CDMA來實(shí)現(xiàn)。
[0003] 現(xiàn)有的大部分關(guān)于數(shù)據(jù)融合的算法都是基于共同的假設(shè)：融合中屯、已知完全的信 道狀態(tài)信息，解決了在融合中屯、獲得完全的信道狀態(tài)信息的情況下數(shù)據(jù)傳輸功率進(jìn)行等增 益分配問題。針對線性通信系統(tǒng)模型中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配問題，HamidR.Ahmadi在 2013年就提出了一種在正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配問題，但前提條件也是假設(shè)融 合中屯、已知完全的信道狀態(tài)信息，即沒有考慮信道估計(jì)誤差的影響，該個缺點(diǎn)的存在會對 融合中屯、對于傳感器源發(fā)送數(shù)據(jù)的估計(jì)W及正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配問題產(chǎn) 生很大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配方法，W解決現(xiàn) 有技術(shù)沒有考慮信道估計(jì)誤差對估計(jì)性能的影響，及信道傳輸時數(shù)據(jù)傳輸功率進(jìn)行等增益 分配所造成的傳感器源發(fā)送數(shù)據(jù)估計(jì)誤差較大問題。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是；在分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)通 過N個正交信道傳輸?shù)饺诤现型?、，融合中屯、根?jù)融合中屯、的融合規(guī)則完成對源發(fā)送數(shù)據(jù)的 估計(jì)，并且在對源發(fā)送數(shù)據(jù)估計(jì)的最小均方誤差LMMSE的條件下，實(shí)現(xiàn)信道中數(shù)據(jù)傳輸功 率的最優(yōu)分配。具體步驟包括如下：
[0006] (1)在線性系統(tǒng)模型中計(jì)算分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測值Xi:
[0007] Xi= 0 +V
[000引其中，i= 1，2,…，N，N為分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器的總數(shù)，0屬于實(shí)數(shù)，0 為傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)，Vi是一個均值為0、方差為of的加性高斯白噪聲；
[0009] (2)根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測值Xi利用下式計(jì)算融合中屯、的檢測值:
[0010] 二V盡片'(" +V;) + ，
[0011] 其中，巧，是信道傳輸時分配給數(shù)據(jù)的傳輸功率，hi是在信道估計(jì)的最小均方誤差 條件下的正交信道系數(shù)，hi服從均值為兩、方差為吊的正態(tài)分布，"6是傳感器檢測數(shù)據(jù)在 信道中傳輸時的測量噪聲，《。服從均值為0、方差為的正態(tài)分布；
[0012] (3)計(jì)算融合中屯、訓(xùn)練符號的檢測值-Vf,;
[001引.V,二乂哼/巧+?,，
[0014] 其中，Xt為訓(xùn)練符號，與是信道傳輸時分配給訓(xùn)練符號的傳輸功率，是訓(xùn)練符 號在信道中傳輸時的測量噪聲，服從均值為0、方差為< 的正態(tài)分布；
[0015] (4)計(jì)算融合中屯、對于傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)0的估計(jì)值苗；
[0016]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配方法，包括如下步驟： (1) 在線性通信系統(tǒng)模型中計(jì)算分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測值Xi: Xi= Θ + V 其中，1 = 1，2，~^』為分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器的總數(shù)，0屬于實(shí)數(shù)，0為傳 感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)，Vi是一個均值為0、方差為 < 的加性高斯白噪聲； (2) 根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測值Xi利用下式計(jì)算融合中心的傳感器數(shù)據(jù)的檢測值A(chǔ) :
其中，C是信道傳輸時分配給數(shù)據(jù)的傳輸功率，Iii是正交信道系數(shù)，hi服從均值為坧、 方差為 < 的正態(tài)分布，氣是傳感器檢測數(shù)據(jù)在信道中傳輸時的測量噪聲，'服從均值為 〇、方差為大的正態(tài)分布； (3) 計(jì)算融合中心訓(xùn)練符號的檢測值％ ·
其中，Xt為訓(xùn)練符號，C是信道傳輸時分配給訓(xùn)練符號的傳輸功率，5是訓(xùn)練符號在 信道中傳輸時的測量噪聲，'服從均值為0、方差為σ,:的正態(tài)分布； (4) 計(jì)算融合中心對于傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)Θ的估計(jì)值
其中，'為融合中心傳感器源發(fā)送數(shù)據(jù)的檢測值，史(·)表示融合中心對于傳感器的源 發(fā)送數(shù)據(jù)的估計(jì)值運(yùn)算符號； (5) 根據(jù)估計(jì)值^計(jì)算Θ的估計(jì)誤差方差MSE :
其中，Θ為傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)，A為融合中心對于Θ的估計(jì)值； (6) 計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸功率的分配比值ri:
其中，rie [〇，1]，P為信道傳輸時分配給數(shù)據(jù)的傳輸功率，P為信道損耗的總功率； (7) 計(jì)算Θ的估計(jì)誤差方差MSE在OSriSl的約束條件下的最小值，得到數(shù)據(jù)傳輸 功率的最優(yōu)分配比值P i: T1 i= min MSE s. t 0 < I*# 1，i = 1，2,…，N 〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配方法，其中步（2)所述 的正交信道系數(shù)h，按如下步驟計(jì)算： (2a)計(jì)算正交信道系數(shù)的估計(jì)值/),:
其中，6為信道傳輸時分配給訓(xùn)練符號的傳輸功率，大為加性高斯白噪聲的方差，' : 為融合中心訓(xùn)練符號的檢測值； (2b)根據(jù)正交信道系數(shù)的估計(jì)值Λ，計(jì)算有誤差存在時的正交信道系數(shù)hi:
其中，為正交信道系數(shù)的估計(jì)誤差，~服從均值為〇,方差，
的正態(tài)分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配方法，其中所述步驟 (4)中融合中心計(jì)算傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)Θ的估計(jì)值i，按如下步驟進(jìn)行： (4a)計(jì)算高斯白噪聲Vi和正交信道系數(shù)估計(jì)誤差&的合并噪聲Wi，i = 1，2，···，N，N 為分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器的總數(shù)； (4b)計(jì)算合并噪聲Wi協(xié)方差矩陣
其中，T表示合并噪聲^構(gòu)成的列向量的轉(zhuǎn)置； (4b)根據(jù)合并噪聲Wi的協(xié)方差矩陣R〖，計(jì)算傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)Θ的估計(jì)值
其中，歹為傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)Θ的平均值，K為傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)Θ的方差，y 為由融合中心傳感器數(shù)據(jù)的檢測值&構(gòu)成的矩陣，
y為由叉f的 平均值&構(gòu)成的矩陣，
和&的乘積構(gòu)成的矩陣，
表示對信道傳輸時分配給數(shù)據(jù)的傳輸功率 及進(jìn)行開方，&為正交信道系數(shù)的估計(jì)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配方法，其中步驟（7)所 述的計(jì)算Θ的估計(jì)誤差方差MSE在OSriSl的約束條件下的最小值，按如下步驟進(jìn)行： (7a)將計(jì)算Θ的估計(jì)誤差方差MSE在OSriSl的約束條件下的最小值問題等同為 在0 < ri< 1的約束條件下求數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配比值r" i的最大化問題，即：
s. t 0 ^ 1,1 = 1, 2, ···, N 其中，（RU-1表示對合并噪聲Wi的協(xié)方差矩陣求逆，H為由
和&的乘積構(gòu)成 的矩陣，#表示對信道傳輸時分配給數(shù)據(jù)的傳輸功率弋進(jìn)行開方，4為正交信道系數(shù)的 估計(jì)值，
表示對矩陣丨取均值； (7b)根據(jù)步驟（7a)的最優(yōu)分配比值r" i的函數(shù)，構(gòu)造拉格朗日乘數(shù)函數(shù)Uri, λ):
其中，λ 構(gòu)造的拉格朗日乘數(shù)函數(shù)的系數(shù)，r 數(shù)據(jù)傳輸功率的分配比值； (7c)根據(jù)步驟（7b)構(gòu)造的拉格朗日乘數(shù)函數(shù)Uri, Ai),求解函數(shù)L(ri，Ai)的駐點(diǎn)， 該駐點(diǎn)即為正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配比值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮信道估計(jì)誤差對估計(jì)性能的影響，及信道傳輸時數(shù)據(jù)傳輸功率進(jìn)行等增益分配所造成的傳感器源發(fā)送數(shù)據(jù)估計(jì)誤差較大問題。其實(shí)現(xiàn)的步驟是：計(jì)算分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測值；根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測值計(jì)算融合中心傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)的檢測值；根據(jù)融合中心的融合規(guī)則計(jì)算傳感器的源發(fā)送數(shù)據(jù)的估計(jì)值；計(jì)算在傳感器源發(fā)送數(shù)據(jù)估計(jì)值的最小誤差方差條件下數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配比值。本發(fā)明考慮到了信道估計(jì)誤差對估計(jì)性能的影響，實(shí)現(xiàn)了正交信道中數(shù)據(jù)傳輸功率的最優(yōu)分配，可用于分布式傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)在正交信道中傳輸功率的最優(yōu)分配問題。
【IPC分類】H04L25-02, H04L5-00
【公開號】CN104753837
【申請?zhí)枴緾N201510109064
【發(fā)明人】劉向麗, 李贊, 王健歡, 王彬哲, 司江勃, 郝本建
【申請人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月12日