[发明专利]一种短波通信信道可用性的高效预测方法

权利要求书

1.一种短波通信信道可用性的高效预测方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、对N个时隙t_s的短波通信信号逐时隙进行频谱感知，形成信道状态序列E＝{e₁...e_n...e_N}；以M个连续时隙t_s为观测单元，将N个时隙t_s划分为T段，依据短波信道可用性分类标准对E＝{e₁...e_n...e_N}进行处理获得信道可用性观测序列O＝{o₁...o_t...o_T}，e_n为相应时隙的信道状态，M＜N，t∈T，o_t为第t第个观测单元的信道可用性；

步骤2、构建转移状态数目为三的隐马尔科夫预测模型λ＝(A,B,π)，将信道可用性观测序列O＝{o₁,o₂...o_T}作为训练样本，采用Baum-Welch算法对预测模型λ＝(A,B,π)进行学习训练，得到最优预测模型其中P(·)表示概率分布函数，P(O|λ)表示在给定某一预测模型λ下，得到可用性观测序列O的概率值；

步骤3、根据训练得到的最优预测模型和信道可用性观测序列O＝{o₁,o₂...o_T}，通过前向算法分别计算获得{s₁,s₂,s₃}三种状态下可用性观测序列O的概率值以及从{s₁,s₂,s₃}三种状态中选出对应概率值最大的状态作为下一时段信道可用性的预测值o_T+1。

2.如权利要求1所述的短波通信信道可用性的高效预测方法，其特征在于，步骤1中，使用频谱监测设备对指定信道进行监听，获得某一信道上N个时隙t_s内信号功率值P＝{p₁...p_n...p_N}，然后按照式(1)把N个时隙内信号功率值P量化为信道状态序列E＝{e₁...e_n...e_N},e_n∈{'0','1'},n∈{1,2...,N}，信道状态序列中的“0”和“1”分别表示信道空闲和信道被占用两种状态；

式(1)中，Thr是满足最大检测概率下对应的最佳信号功率值检测门限值；p_n为相应时隙的信号功率值；

{s₁:信道不可用，s₃:信道可用，s₂:信道部分可用}，t＝1,2...T。

3.如权利要求2所述的短波通信信道可用性的高效预测方法，其特征在于，步骤2中，

转移概率矩阵a_ij＝P(q_t+1＝s_j|q_t＝s_i)，1≤i≤3，

1≤j≤3，t＝1,2...T，q_t表示信道在t时刻的状态；a_ij表示信道从t时刻的状态s_i转移到t+1时刻状态s_j的转移概率；

观测概率矩阵b_jk＝P(o_t＝s_k|q_t＝s_j)，1≤j≤3，1≤k≤3，o_t为t时刻的状态观测值；b_jk表示信道的隐藏状态为s_j时，通过频谱感知得到的信道状态为s_k的概率；

初始概率矩阵π＝{π_i}，其中π_i＝P(q₁＝s_i)。

4.如权利要求3所述的短波通信信道可用性的高效预测方法，其特征在于，步骤3中，

定义中间变量α_t(i)＝P(o₁,o₂,...,o_t,q_t＝i|λ)表示前向因子，其迭代关系如式(2)所示：

基于前向算法的信道可用性预测过程如下：

Step1：初始化，α₁(j)＝π_jb_j(o₁),i＝1,2,3

Step2：迭代计算：

Step3：当t＝T时，迭代计算结束，

Step4：选出对应概率值最大的状态作为下一时段信道可用性的预测值o_T+1，