一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法，包括以下步驟：匯聚節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點發(fā)送訓(xùn)練信號；各傳感器節(jié)點獲得與匯聚節(jié)點之間的信道自相關(guān)矩陣并將其反饋給匯聚節(jié)點；匯聚節(jié)點將信道自相關(guān)矩陣作為反映信道狀態(tài)信息的樣本，構(gòu)建以匯聚節(jié)點下行傳輸總功率最小化為目標(biāo)函數(shù)、傳感器節(jié)點接收信干噪比和干擾信號功率限制為約束條件的干擾抑制優(yōu)化問題；通過處理將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的支持向量回歸機問題，進而求解得到匯聚節(jié)點對于傳感器節(jié)點的下行傳輸權(quán)向量；匯聚節(jié)點在信號傳輸階段對各傳感器節(jié)點的目標(biāo)信號乘以相應(yīng)下行傳輸權(quán)向量以實現(xiàn)對干擾信號的抑制。本發(fā)明降低了節(jié)點通信能耗，延長了傳感器節(jié)點的生命周期。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量部署在感知區(qū)域內(nèi)的微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式組成一個自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是采集和處理物理世界中的感知對象信息，并通過匯聚節(jié)點與觀察者進行交互。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，匯聚節(jié)點相較于傳感器節(jié)點通常體積較大，可配置有多天線，因此在匯聚節(jié)點下行傳輸過程中，傳感器節(jié)點不可避免會受到來自其他傳感器節(jié)點下行傳輸信號的干擾，使得數(shù)據(jù)傳輸性能急劇下降。此外，由于匯聚節(jié)點和傳感器節(jié)點通常采用電池供電，一旦部署較難獲得能量補充，因此，如何在抑制匯聚節(jié)點下行傳輸干擾的同時降低數(shù)據(jù)傳輸能耗，延長節(jié)點生命周期，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言顯得尤為重要。
[0003]目前，對于下行傳輸干擾抑制問題，通常以總功率最小化準(zhǔn)則構(gòu)建以下行傳輸總功率最小化為目標(biāo)函數(shù)、信號接收端信干噪比下限為約束條件的優(yōu)化方程。對于該優(yōu)化方程求解主要包括半正定規(guī)劃方法、二次錐規(guī)劃方法、以及上下行傳輸對偶方法等，這些方法均假設(shè)可準(zhǔn)確獲 狀態(tài)信息樣本的統(tǒng)計平均獲得，這無疑會增加信號發(fā)送端訓(xùn)練信號和信號接收端反饋信號的通信量，加重了通信能耗。因此，上述方法僅適用于擁有充足能量供給的無線通信系統(tǒng)，無法有效的應(yīng)用于能量受限的無線傳感器場景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法，在有限信道狀態(tài)信息樣本的情況下抑制匯聚節(jié)點下行傳輸干擾，保證傳感器節(jié)點信號接收信干噪比滿足性能要求的同時，降低匯聚節(jié)點和傳感器節(jié)點的能量消耗，提升網(wǎng)絡(luò)信號傳輸質(zhì)量的同時延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法，該方法基于的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括I個配置有M根天線的匯聚節(jié)點和N個配置有單根天線的傳感器節(jié)點，其中M、N均為I以上的自然數(shù)，具體包括以下步驟:
[0006]步驟I，匯聚節(jié)點選擇P個不同時刻，在每一個時刻向網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點廣播訓(xùn)練信號，其中P為I以上的自然數(shù)；
[0007]步驟2，各傳感器節(jié)點根據(jù)接收到的每一次訓(xùn)練信號采用信道估計方法，獲得各傳感器節(jié)點與匯聚節(jié)點之間信道的統(tǒng)計自相關(guān)矩陣Rn(P)，并將信道統(tǒng)計自相關(guān)矩陣反饋給
匯聚節(jié)點，其中Rn eCMxM, 表示MXM維的復(fù)矩陣,η = I, 2，…，Ν、ρ = I, 2，…，P ;
[0008]步驟3，匯聚節(jié)點將不同時刻反饋得到的各傳感器節(jié)點的信道統(tǒng)計自相關(guān)矩陣作為反映信道狀態(tài)信息的樣本，構(gòu)建以匯聚節(jié)點下行傳輸總功率最小化為目標(biāo)函數(shù)、傳感器節(jié)點接收信干噪比下限和干擾信號功率上限為約束條件的干擾抑制優(yōu)化問題；
[0009]步驟4，通過對約束條件中的樣本進行特征值分解，并對優(yōu)化問題中的復(fù)向量進行實數(shù)化處理，將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的支持向量回歸機問題，進而求解得到匯聚節(jié)點相對于各傳感器節(jié)點的下行傳輸權(quán)向量；
[0010]步驟5，匯聚節(jié)點在信號傳輸階段對各傳感器節(jié)點的傳輸信號乘以步驟4所得的相應(yīng)下行傳輸權(quán)向量，實現(xiàn)對信號干擾的抑制。
[0011]作為本發(fā)明的一種優(yōu)先技術(shù)方案:步驟3中所述構(gòu)建以匯聚節(jié)點下行傳輸總功率最小化為目標(biāo)函數(shù)、傳感器節(jié)點接收信干噪比下限和干擾信號功率上限為約束條件的干擾抑制優(yōu)化問題，具體為:
[0012](3.1)令匯聚節(jié)點下行傳輸總功率為Ρτ，則:
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法，其特征在于，該方法基于的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括I個配置有M根天線的匯聚節(jié)點和N個配置有單根天線的傳感器節(jié)點，其中M、N均為I以上的自然數(shù)，具體包括以下步驟: 步驟I，匯聚節(jié)點選擇P個不同時刻，在每一個時刻向網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點廣播訓(xùn)練信號，其中P為I以上的自然數(shù)； 步驟2，各傳感器節(jié)點根據(jù)接收到的每一次訓(xùn)練信號采用信道估計方法，獲得各傳感器節(jié)點與匯聚節(jié)點之間信道的統(tǒng)計自相關(guān)矩陣Rn(P)，并將信道統(tǒng)計自相關(guān)矩陣反饋給匯聚節(jié)點，其中e Cmxw ,(L 表示MXM維的復(fù)矩陣，η = 1,2,…，N、P = 1,2,…，P ; 步驟3，匯聚節(jié)點將不同時刻反饋得到的各傳感器節(jié)點的信道統(tǒng)計自相關(guān)矩陣作為反映信道狀態(tài)信息的樣本，構(gòu)建以匯聚節(jié)點下行傳輸總功率最小化為目標(biāo)函數(shù)、傳感器節(jié)點接收信干噪比下限和干擾信號功率上限為約束條件的干擾抑制優(yōu)化問題； 步驟4，通過對約束條件中的樣本進行特征值分解，并對優(yōu)化問題中的復(fù)向量進行實數(shù)化處理，將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的支持向量回歸機問題，進而求解得到匯聚節(jié)點相對于各傳感器節(jié)點的下行傳輸權(quán)向量； 步驟5，匯聚節(jié)點在信號傳輸階段對各傳感器節(jié)點的傳輸信號乘以步驟4所得的相應(yīng)下行傳輸權(quán)向量，實現(xiàn)對信號干擾的抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法，其特征在于，步驟3中所述構(gòu)建以匯聚節(jié)點下行傳輸總功率最小化為目標(biāo)函數(shù)、傳感器節(jié)點接收信干噪比下限和干擾信號功率上限為約束條件的干擾抑制優(yōu)化問題，具體為: (3.1)令匯聚節(jié)點下行傳輸總功率為Pt，則:

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚節(jié)點下行傳輸干擾抑制方法，其特征在于，步驟4所述通過對約束條件中的樣本進行特征值分解，并對優(yōu)化問題中的復(fù)向量進行實數(shù)化處理，將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的支持向量回歸機問題，進而求解得到匯聚節(jié)點相對于各傳感器節(jié)點的下行傳輸權(quán)向量，具體如下: (4.1)利用優(yōu)化方程的第二個約束，將第一個約束條件重新表示為:
【文檔編號】H04W24/02GK103957546SQ201410181742
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】莊毅, 歐陽鍵, 顧晶晶, 劉佳 申請人:南京航空航天大學(xué)