利索能及
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专利号: 2020100080374
申请人: 天津工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进随机森林算法的CSI系统多径分类方法,其具体步骤如下:

步骤1:以LOS和NLOS传播环境下统计特征的分布特性为建模条件,建立多径分类系统模型,系统包括三部分组成,分别为数据采集与预处理模块、特征提取模块、多径分类模块,利用搭载无线网卡的笔记本采集CSI数据,执行数据预处理操作,并对预处理之后的CSI样本进行特征提取;

步骤2:以无线信号在LOS和NLOS环境下的传播特点为基础,构造基于K均值聚类算法的特征因子,鉴于LOS环境中的CIR样本的信号能量主要集中在主径中,而与主径相邻的采样点是与主径属于同一类的样本,通过K均值聚类算法对LOS和NLOS场景下采集的CIR样本按照其能量的不同进行聚类;

步骤3:在LOS场景下,首先对采集到的CIR样本的振幅随机选择K个点作为初始聚类中心,然后将每一个点分配到最近的聚类中心,形成K个簇,再重新计算每个簇的聚类中心并且不断更新,直到迭代次数达到最大或者簇内元素不发生变化停止,然后比较聚类中心的能量,选择聚类中心能量较大的类别为所要分的类别;

步骤4:采用步骤3中的方法,对NLOS环境下的CIR样本的振幅进行聚类,以此为基础,定义基于K均值聚类算法的特征因子为ξ,ξ=‑1/lg(M)·M/R,其中M表示采集到的CIR样本中最大能量值所属类的所有能量之和,R表示CIR样本中除最大能量值所在那一类样本之外的其他路径样本能量之和,‑1/lg(M)表示距离因子;

步骤5:鉴于不同的特征组合会有不同的分类性能,依据费歇尔准则,对属于LOS和NLOS的每个特征进行评估,在每个特征下,定义所有样本的类内散射距离为 式中其中k表示特征索引号,m表示所分类别的数

(k)

量,m=2,x表示样本数据集,x 表示第k个特征的样本集, 表示第i类样本的第k个特征样本集的均值,Di表示第i类的样本集,ni表示属于第i类样本的数量,类内离散距离表征的是属于同一类别的样本在被测特征上的方差,在被测特征上,定义所有样本的类间散射距离为 其中 n表示各类样本总数,D(k)

表示样本集,μ 表示所有样本中第k个特征样本集的均值,类间离散距离表征的是属于不同类别的样本在特征k处的相似性;

步骤6:以步骤5中的类内散射距离 和类间散射距离 为基础,计算特征k的判别函数

步骤7:依据步骤5、步骤6中的特征筛选方法,对不同的特征组合进行筛选,然后利用基于C4.5算法的随机森林算法进行训练和测试,在训练阶段,从训练数据集中随机获取三个不同特征,计算每个特征的信息增益率,选择信息增益率突出的特征作为根节点,而其他特征留待进一步分裂,在每个决策节点处应用相同的分割标准,令树持续增长,直到此节点成为包含预测类别的叶节点时停止分裂,其中从根节点到叶节点的路径表示分类规则,步骤7中,定义属性“x1”、“x2”和“x3”分别为从训练数据集中随机获取的三个不同特征,LOS和NLOS的类标签分别设置为“1”和“‑1”,将特征值分类为左子节点和右子节点,若特征“x3”的值为

3.4535,且它为根节点,则表示在所有特征中“x3”的信息增益率最高,“x3”的右子节点变为叶节点,其类预测为1,这意味着大于3.4535的所有特征“x3”的值都属于LOS,右子节点的熵为零,而“x3”的左子节点进一步分裂,在其他决策节点处递归地应用分裂标准,直到到达叶节点则表示这棵决策树构建完成;在测试阶段,每个需要测试的值同时通过森林内的所有树,从根节点开始,直到它到达相应的叶节点,通过各棵树的多数投票得到随机森林算法的预测值,根据测试数据集的第i次观察值,树p(p=1,...,P)的输出预测值为yip,则整个随机森林算法的预测输出为 分类结果描述为基于yi的假设检验,即当yi≥0时,则属于LOS,当yi<0时,则属于NLOS。