CN117896218A - 基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传输技术领域，涉及一种基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法及系统，包括：分别从用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征；根据用户传输特征对用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号；利用信号类型特征对除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，获取网络服务器针对解码用户信号的网络反馈信号；从网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据反馈类型特征对网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号；根据环境特征和用户传输特征匹配出传送特征，根据传送特征对编码网络信号进行传送增强并发送至用户端。本发明可以提高矿山通信的效率。
Description
技术领域
本发明涉及传输技术领域，尤其涉及一种基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法及系统。
背景技术
矿山通信是在矿业领域应用的一种专门的通信系统，旨在满足矿山环境下特殊的通信需求，矿山通信在保障矿山生产安全、提高工作效率、实现远程监控等方面发挥着重要作用。
现有的矿山通信方法多为基于简单射频系统的通信方法，即利用无线通信技术实现用户设备与网络服务器之间的射频通信，实际应用中，基于简单射频系统的通信方法，在通信时会受到较强的信号干扰，矿山地下环境的地质条件和金属矿石等材料会干扰射频信号的传输，降低信号的传输质量，且会给网络服务器带来较大的运算负担，可能导致进行矿山通信时的效率较低。
发明内容
本发明提供一种基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法及系统，其主要目的在于解决导致进行矿山通信时的效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，包括：
接收用户端的用户通信信号，分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征；
从预设的环境传感器中提取出环境特征，根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，其中，所述根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，包括：从所述用户传输特征中提取出频谱传输特征和信道传输特征；根据所述信道传输特征对所述用户通信信号进行时域均衡，得到信道均衡信号；利用如下的频谱均衡算法根据所述频谱传输特征对所述信道均衡信号进行频谱均衡，得到除噪用户信号：
；
其中，是所述除噪用户信号在频率为/>时的频谱，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频率响应，/>是共轭函数符号，/>为点乘符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频谱，/>是卷积符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的噪声频谱，/>是所述频谱传输特征中的信噪比；
利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，从所述信号类型特征中提取出数据位数和校验位数；根据所述数据位数和所述校验位数生成校验矩阵；利用所述校验矩阵对所述除噪用户信号进行误码矫正，得到矫正用户信息；从所述信号类型特征中提取出编码字典，根据所述编码字典对所述矫正用户信息进行信号解码，得到解码用户信号，将所述解码用户信号发送至预设的网络服务器，获取所述网络服务器针对所述解码用户信号的网络反馈信号；
从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号；
根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端。
可选地，所述分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征，包括：
利用如下的频谱转化算法将所述用户通信信号转化成用户通信频谱：
；
其中，是指所述用户通信频谱在时域偏移为/>、频率索引为/>时的频域能量，是指所述用户通信信号的时域偏移，/>是频率索引，/>是指所述用户通信频谱，/>是指时间索引，/>是指所述用户通信信号的信号长度，/> 是指所述用户通信信号中第/>个时间索引时的多项式系数，/>是指所述用户通信信号中第/>个时间索引时的布兰克曼窗函数权重，是指所述用户通信信号在第/>个时间索引时的信号值，/>是指所述用户通信信号的重复周期，/>是指指数函数，/>是虚数符号，/>是指所述用户通信频谱的采样点数；
对所述用户通信频谱进行频域分析，得到频谱传输特征；
对所述用户通信频谱进行信道分析，得到信道传输特征；
根据所述频谱传输特征和所述信道传输特征生成用户传输特征；
对所述用户通信信号进行信号解调，得到解调通信信号；
对所述解调通信信号进行类型检测，得到信号类型特征。
可选地，所述对所述用户通信频谱进行频域分析，得到频谱传输特征，包括：
依次从所述用户通信频谱中提取出信号功率和噪声功率，根据所述信号功率和所述噪声功率生成信噪比；
对所述用户通信频谱进行带宽边缘定位，得到信号带宽；
从所述用户通信频谱中标定出信号峰值，根据所述信号峰值计算出中心频率；
根据所述中心频率计算出频率偏移，将所述信噪比、所述信号带宽以及所述频率偏移生成频谱传输特征。
可选地，所述对所述用户通信频谱进行信道分析，得到信道传输特征，包括：
根据所述用户通信频谱匹配出训练通信频谱；
根据所述用户通信频谱和所述训练通信频谱计算出信道响应；
根据所述信道响应构建信号状态矩阵，根据所述信号状态矩阵生成信道传输特征。
可选地，所述对所述用户通信信号进行信号解调，得到解调通信信号，包括：
对所述用户通信信号进行信号混频，得到混频通信信号；
对所述混频通信信号进行信号同步，得到同步通信信号；
对所述同步通信信号进行信号采样，得到采样通信信号；
从所述采样通信信号中提取出调制类型，根据所述调制类型将所述采样通信信号解调成解调通信信号。
可选地，所述根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号，包括：
从所述反馈类型特征中提取出信号频率，根据所述信号频率生成信号队列；
按照所述信号队列的队列顺序迭代生成频率节点，根据所有的频率节点生成信号节点树；
利用所述信号节点树将所述网络反馈信号压缩成初级压缩信号，根据所述信号节点数生成压缩字典，将所述网络反馈信号和所述压缩字典拼接成压缩网络信号；
将所述压缩网络信号按照预设的字节长度拆分成压缩信号组，将所述压缩信号组纠错编码成纠错编码组，将所述压缩信号组和所述纠错编码组拼接成编码网络信号。
可选地，所述根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，包括：
将所述环境特征全局池化成池化环境特征，将所述用户传输特征全局池化成池化传输特征；
根据所述池化环境特征和所述池化传输特征生成池化特征矩阵；
对所述池化特征矩阵进行主成分分析，得到标准传输特征；
对所述标准传输特征进行节点增益分裂，得到增益特征集；
对所述增益特征集进行纯度筛选，得到传送特征。
可选地，所述根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，包括：
依次从所述传送特征中提取出天线增益特征、滤波增益特征以及频谱增益特征；
根据所述滤波增益特征对所述编码网络信号进行带宽调节，得到带宽网络信号；
根据所述频谱增益特征对所述带宽网络信号进行适应增益，得到频谱网络信号；
根据所述天线增益特征对所述频谱网络信号进行天线增强，得到标准网络信号。
为了解决上述问题，本发明还提供一种基于边缘计算实现矿山通信信号的提升系统，所述系统包括：
信号接收模块，用于接收用户端的用户通信信号，分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征；
边缘除噪模块，用于从预设的环境传感器中提取出环境特征，根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，其中，所述根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，包括：从所述用户传输特征中提取出频谱传输特征和信道传输特征；根据所述信道传输特征对所述用户通信信号进行时域均衡，得到信道均衡信号；利用如下的频谱均衡算法根据所述频谱传输特征对所述信道均衡信号进行频谱均衡，得到除噪用户信号：
；
其中，是所述除噪用户信号在频率为/>时的频谱，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频率响应，/>是共轭函数符号，/>为点乘符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频谱，/>是卷积符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的噪声频谱，/>是所述频谱传输特征中的信噪比；
信号反馈模块，用于利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，将所述解码用户信号发送至预设的网络服务器，获取所述网络服务器针对所述解码用户信号的网络反馈信号；
边缘编码模块，用于从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号；
边缘增强模块，用于根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端。
本发明实施例通过接收用户端的用户通信信号，可以利用边缘服务器实现矿山通信的中转通信，减少网络服务器的计算量，通过分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征，能够对通信过程中的通信环境以及通信的数据类型进行解析，方便后续针对性的数据解析以及信号增强，通过从预设的环境传感器中提取出环境特征，可以方便后续针对环境特征实现信号传输，提高信号的传输质量，通过根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，可以消除信道引起的信号失真，从而提高信号的传输质量，通过利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，可以利用边缘服务器实现信号解码之类的边缘计算，减少网络服务器的计算压力，提高通信信息处理速度。
通过从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号，可以实现通信信号的压缩，减少传播的数据量，提高信号传播的效率，并能在通信后实现信号的校验，提升通信的质量，通过根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端，可以结合通信中的环境特征、频谱特征以及信道特征利用深度学习方法筛选出适合的增益方案，进而提高信号传输的稳定性。因此本发明提出的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法及系统，可以解决进行矿山通信时的效率较低的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的提取信道传输特征的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的生成解调通信信号的流程示意图；
图4为本发明一实施例提供的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升系统的功能模块图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本申请实施例提供一种基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法。所述基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法的执行主体包括但不限于服务端、终端等能够被配置为执行本申请实施例提供的该方法的电子设备中的至少一种。换言之，所述基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法可以由安装在终端设备或服务端设备的软件或硬件来执行，所述软件可以是区块链平台。所述服务端包括但不限于：单台服务器、服务器集群、云端服务器或云端服务器集群等。所述服务器可以是独立的服务器，也可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
参照图1所示，为本发明一实施例提供的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法的流程示意图。在本实施例中，所述基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法包括：
S1、接收用户端的用户通信信号，分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征。
本发明实施例中，所述用户端是指矿山通信中的各个用户节点，所述用户通信信号是指所述用户端与网络服务器进行通信的信号，所述网络服务器与边缘服务器相连，所述网络服务器通过所述边缘服务器与各个用户端进行通信。
本发明实施例中，所述分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征，包括：
利用如下的频谱转化算法将所述用户通信信号转化成用户通信频谱：
；
其中，是指所述用户通信频谱在时域偏移为/>、频率索引为/>时的频域能量，是指所述用户通信信号的时域偏移，/>是频率索引，/>是指所述用户通信频谱，/>是指时间索引，/>是指所述用户通信信号的信号长度，/> 是指所述用户通信信号中第/>个时间索引时的多项式系数，/>是指所述用户通信信号中第/>个时间索引时的布兰克曼窗函数权重，是指所述用户通信信号在第/>个时间索引时的信号值，/>是指所述用户通信信号的重复周期，/>是指指数函数，/>是虚数符号，/>是指所述用户通信频谱的采样点数；
对所述用户通信频谱进行频域分析，得到频谱传输特征；
对所述用户通信频谱进行信道分析，得到信道传输特征；
根据所述频谱传输特征和所述信道传输特征生成用户传输特征；
对所述用户通信信号进行信号解调，得到解调通信信号；
对所述解调通信信号进行类型检测，得到信号类型特征。
详细地，所述频谱传输特征是所述用户通信信号的信噪比、功率、带宽、频谱形状以及频率偏移等特征，所述频谱传输特征代表所述用户通信信号的性质。
详细地，通过利用所述频谱转化算法将所述用户通信信号转化成用户通信频谱可以引入更加复杂的时域信号的特征，从而强化用户通信频谱的信号特征。
具体地，所述对所述用户通信频谱进行频域分析，得到频谱传输特征，包括：
依次从所述用户通信频谱中提取出信号功率和噪声功率，根据所述信号功率和所述噪声功率生成信噪比；
对所述用户通信频谱进行带宽边缘定位，得到信号带宽；
从所述用户通信频谱中标定出信号峰值，根据所述信号峰值计算出中心频率；
根据所述中心频率计算出频率偏移，将所述信噪比、所述信号带宽以及所述频率偏移生成频谱传输特征。
具体地，可以利用噪声的频率分布从所述用户通信频谱中提取出信号功率和噪声功率，所述对所述用户通信频谱进行带宽边缘定位，得到信号带宽是指定位所述用户通信频谱中信号能量下降到噪声水平的边缘点，将边缘点之间的范围作为信号带宽。
详细地，所述根据所述信号峰值计算出中心频率是指将幅度最大的信号峰值的频率作为中心频率，所述根据所述中心频率计算出频率偏移是指将所述中心频谱和期望中心频率之间的差值作为频率偏移。
详细地，参照图2所示，所述对所述用户通信频谱进行信道分析，得到信道传输特征，包括：
S21、根据所述用户通信频谱匹配出训练通信频谱；
S22、根据所述用户通信频谱和所述训练通信频谱计算出信道响应；
S23、根据所述信道响应构建信号状态矩阵，根据所述信号状态矩阵生成信道传输特征。
详细地，所述根据所述用户通信频谱匹配出训练通信频谱是指根据所述用户通信频谱的频谱特征从预设的已知信号频谱库中匹配出对应信号频谱作为训练通信频谱。
具体地，所述根据所述用户通信频谱和所述训练通信频谱计算出信道响应是指将所述用户通信频谱除以所述训练通信频谱得到信道响应，所述信号状态矩阵是指信道状态信息矩阵（Channel State Information，简称CSI）。
具体地，参照图3所示，所述对所述用户通信信号进行信号解调，得到解调通信信号，包括：
S31、对所述用户通信信号进行信号混频，得到混频通信信号；
S32、对所述混频通信信号进行信号同步，得到同步通信信号；
S33、对所述同步通信信号进行信号采样，得到采样通信信号；
S34、从所述采样通信信号中提取出调制类型，根据所述调制类型将所述采样通信信号解调成解调通信信号。
具体地，所述信号混频是指利用射频前端将所述用户通信信号放大并转化成中频信号，从而便于后续的信号处理，所述信号同步是指根据所述用户通信信号中的同步信号或同步字调整边缘服务器的时钟，进而实现信号同步。
详细地，可以利用模数转化器对所述同步通信信号进行信号采样，得到采样通信信号，可以利用QPSK解调器或QAM解调器等解调器根据所述调制类型将所述采样通信信号解调成初级解调信号。
详细地，所述对所述解调通信信号进行类型检测，得到信号类型特征是指从所述解调通信信号中提取出文件头，从所述文件头中提取出文件格式，根据所述文件格式生成信号类型特征，其中，所述文件头是指文件开头的标识符或文件头信息。
本发明实施例中，通过接收用户端的用户通信信号，可以利用边缘服务器实现矿山通信的中转通信，减少网络服务器的计算量，通过分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征，能够对通信过程中的通信环境以及通信的数据类型进行解析，方便后续针对性的数据解析以及信号增强。
S2、从预设的环境传感器中提取出环境特征，根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号。
本发明实施例中，所述环境传感器是设置在矿山中的与边缘服务器相连的传感器，用于监测矿山的温度、湿度、风速，例如光照传感器、电容式雨滴传感器等，所述环境特征是矿山的实时温度、湿度、风速以及光照等环境参数。
本发明实施例中，所述根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，包括：
从所述用户传输特征中提取出频谱传输特征和信道传输特征；
根据所述信道传输特征对所述用户通信信号进行时域均衡，得到信道均衡信号；
利用如下的频谱均衡算法根据所述频谱传输特征对所述信道均衡信号进行频谱均衡，得到除噪用户信号：
；
其中，是所述除噪用户信号在频率为/>时的频谱，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频率响应，/>是共轭函数符号，/>为点乘符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频谱，/>是卷积符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的噪声频谱，/>是所述频谱传输特征中的信噪比。
详细地，可以利用均衡滤波器或LMS算法根据所述信道传输特征对所述用户通信信号进行时域均衡，得到信道均衡信号，通过利用所述频谱均衡算法根据所述频谱传输特征对所述信道均衡信号进行频谱均衡，得到除噪用户信号，可以结合信号的频谱特征对信号进行修正，补偿信道引起的频率响应失真，并消除了零点增益问题，提高了边缘信号除噪的准确率。
本发明实施例中，通过从预设的环境传感器中提取出环境特征，可以方便后续针对环境特征实现信号传输，提高信号的传输质量，通过根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，可以消除信道引起的信号失真，从而提高信号的传输质量。
S3、利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，将所述解码用户信号发送至预设的网络服务器，获取所述网络服务器针对所述解码用户信号的网络反馈信号。
本发明实施例中，所述解码用户信号是指解码后的除噪用户信号，所述除噪用户信号在传输的过程中可能发生信号失真，因此在传输前会进行信号压缩和编码，为了减少网络服务器的运算量，可以利用边缘服务器对除噪用户信号进行解码。
本发明实施例中，所述利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，包括：
从所述信号类型特征中提取出数据位数和校验位数；
根据所述数据位数和所述校验位数生成校验矩阵；
利用所述校验矩阵对所述除噪用户信号进行误码矫正，得到矫正用户信息；
从所述信号类型特征中提取出编码字典，根据所述编码字典对所述矫正用户信息进行信号解码，得到解码用户信号。
具体地，所述数据位数是用来表示实际数据的二进制位，所述校验位数是进行奇偶校验、循环冗余校验等计算后得到的一位或多为二进制数，可以利用海明码（HammingCode）、卷积码或Turbo码利用所述校验矩阵对所述除噪用户信息进行误码矫正，得到矫正用户信息，利用Viterbi解调或迭代解码根据所述编码字典对所述矫正用户信息进行信号解码，得到解码用户信号。
详细地，所述网络服务器是矿山通信系统中的基站中枢，所述网络反馈信号是所述网络服务器针对所述解码用户信号的反馈信号。
本发明实施例中，通过利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，可以利用边缘服务器实现信号解码之类的边缘计算，减少网络服务器的计算压力，提高通信信息处理速度。
S4、从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号。
本发明实施例中，所述从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征的反方法与上述步骤S1中的所述对所述解调通信信号进行类型检测，得到信号类型特征的方法一致，这里不再赘述。
本发明实施例中，所述根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号，包括：
从所述反馈类型特征中提取出信号频率，根据所述信号频率生成信号队列；
按照所述信号队列的队列顺序迭代生成频率节点，根据所有的频率节点生成信号节点树；
利用所述信号节点树将所述网络反馈信号压缩成初级压缩信号，根据所述信号节点数生成压缩字典，将所述网络反馈信号和所述压缩字典拼接成压缩网络信号；
将所述压缩网络信号按照预设的字节长度拆分成压缩信号组，将所述压缩信号组纠错编码成纠错编码组，将所述压缩信号组和所述纠错编码组拼接成编码网络信号。
具体地，所述信号频率是所述网络反馈信号中每个信号的出现频率，所述根据所述信号频率生成信号队列是指根据每个信号的信号频率的大小按照由小到大的顺序排列成信号队列。
详细地，可以利用树排序算法根据所有的频率节点生成信号节点树，可以利用汉明码、BCH码或者卷积码将所述压缩信号组纠错编码成纠错编码组，将所述压缩信号组和所述纠错编码组拼接成编码网络信号。
本发明实施例中，通过从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号，可以实现通信信号的压缩，减少传播的数据量，提高信号传播的效率，并能在通信后实现信号的校验，提升通信的质量。
S5、根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端。
本发明实施例中，所述根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，包括：
将所述环境特征全局池化成池化环境特征，将所述用户传输特征全局池化成池化传输特征；
根据所述池化环境特征和所述池化传输特征生成池化特征矩阵；
对所述池化特征矩阵进行主成分分析，得到标准传输特征；
对所述标准传输特征进行节点增益分裂，得到增益特征集；
对所述增益特征集进行纯度筛选，得到传送特征。
本发明实施例中，可以利用协方差算法根据所述池化环境特征和所述池化传输特征生成池化特征矩阵，所述对所述标准传输特征进行节点增益分裂，得到增益特征集是指利用预先利用多个标注后的传输特征和对应的传送特征训练后的决策树模型对所述标准传输特征进行节点分裂并计算分裂增益，所述对所述增益特征集进行纯度筛选，得到传送特征是指筛选出增益的最大的特征作为传送特征。
具体地，所述根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，包括：
依次从所述传送特征中提取出天线增益特征、滤波增益特征以及频谱增益特征；
根据所述滤波增益特征对所述编码网络信号进行带宽调节，得到带宽网络信号；
根据所述频谱增益特征对所述带宽网络信号进行适应增益，得到频谱网络信号；
根据所述天线增益特征对所述频谱网络信号进行天线增强，得到标准网络信号。
具体地，所述天线增益特征是天线的编号特征，通过所述天线增益特征可以筛选出对应的发送天线进行通信，所述滤波增益特征是指适合增益放大的频谱范围，所述滤波增益特征是指适合增益的信号频带范围。
本发明实施例中，通过根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端，可以结合通信中的环境特征、频谱特征以及信道特征利用深度学习方法筛选出适合的增益方案，进而提高信号传输的稳定性。
本发明实施例通过接收用户端的用户通信信号，可以利用边缘服务器实现矿山通信的中转通信，减少网络服务器的计算量，通过分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征，能够对通信过程中的通信环境以及通信的数据类型进行解析，方便后续针对性的数据解析以及信号增强，通过从预设的环境传感器中提取出环境特征，可以方便后续针对环境特征实现信号传输，提高信号的传输质量，通过根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，可以消除信道引起的信号失真，从而提高信号的传输质量，通过利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，可以利用边缘服务器实现信号解码之类的边缘计算，减少网络服务器的计算压力，提高通信信息处理速度。
通过从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号，可以实现通信信号的压缩，减少传播的数据量，提高信号传播的效率，并能在通信后实现信号的校验，提升通信的质量，通过根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端，可以结合通信中的环境特征、频谱特征以及信道特征利用深度学习方法筛选出适合的增益方案，进而提高信号传输的稳定性。因此本发明提出的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，可以解决进行矿山通信时的效率较低的问题。
如图4所示，是本发明一实施例提供的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升系统的功能模块图。
本发明所述基于边缘计算实现矿山通信信号的提升系统100可以安装于电子设备中。根据实现的功能，所述基于边缘计算实现矿山通信信号的提升系统100可以包括信号接收模块101、边缘除噪模块102、信号反馈模块103、边缘编码模块104及边缘增强模块105。本发明所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被电子设备处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在电子设备的存储器中。
在本实施例中，关于各模块/单元的功能如下：
所述信号接收模块101，用于接收用户端的用户通信信号，分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征；
所述边缘除噪模块102，用于从预设的环境传感器中提取出环境特征，根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，其中，所述根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，包括：从所述用户传输特征中提取出频谱传输特征和信道传输特征；根据所述信道传输特征对所述用户通信信号进行时域均衡，得到信道均衡信号；利用如下的频谱均衡算法根据所述频谱传输特征对所述信道均衡信号进行频谱均衡，得到除噪用户信号：
；
其中，是所述除噪用户信号在频率为/>时的频谱，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频率响应，/>是共轭函数符号，/>为点乘符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频谱，/>是卷积符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的噪声频谱，/>是所述频谱传输特征中的信噪比；
所述信号反馈模块103，用于利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，将所述解码用户信号发送至预设的网络服务器，获取所述网络服务器针对所述解码用户信号的网络反馈信号；
所述边缘编码模块104，用于从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号；
所述边缘增强模块105，用于根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端。
详细地，本发明实施例中所述基于边缘计算实现矿山通信信号的提升系统100中所述的各模块在使用时采用与上述图1至图3中所述的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法一样的技术手段，并能够产生相同的技术效果，这里不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
本申请实施例可以基于人工智能技术对相关的数据进行获取和处理。其中，人工智能（Artificial Intelligence，AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。
此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统实施例中陈述的多个单元或系统也可以由一个单元或系统通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，其特征在于，所述方法包括：
接收用户端的用户通信信号，分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征；
从预设的环境传感器中提取出环境特征，根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，其中，所述根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，包括：从所述用户传输特征中提取出频谱传输特征和信道传输特征；根据所述信道传输特征对所述用户通信信号进行时域均衡，得到信道均衡信号；利用如下的频谱均衡算法根据所述频谱传输特征对所述信道均衡信号进行频谱均衡，得到除噪用户信号：
；
其中，是所述除噪用户信号在频率为/>时的频谱，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频率响应，/>是共轭函数符号，/>为点乘符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频谱，/>是卷积符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的噪声频谱，/>是所述频谱传输特征中的信噪比；
利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，从所述信号类型特征中提取出数据位数和校验位数；根据所述数据位数和所述校验位数生成校验矩阵；利用所述校验矩阵对所述除噪用户信号进行误码矫正，得到矫正用户信息；从所述信号类型特征中提取出编码字典，根据所述编码字典对所述矫正用户信息进行信号解码，得到解码用户信号，将所述解码用户信号发送至预设的网络服务器，获取所述网络服务器针对所述解码用户信号的网络反馈信号；
从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号；
根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端。
2.如权利要求1所述的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，其特征在于，所述分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征，包括：
利用如下的频谱转化算法将所述用户通信信号转化成用户通信频谱：
；
其中，是指所述用户通信频谱在时域偏移为/>、频率索引为/>时的频域能量，/>是指所述用户通信信号的时域偏移，/>是频率索引，/>是指所述用户通信频谱，/>是指时间索引，/>是指所述用户通信信号的信号长度，/> 是指所述用户通信信号中第/>个时间索引时的多项式系数，/>是指所述用户通信信号中第/>个时间索引时的布兰克曼窗函数权重，是指所述用户通信信号在第/>个时间索引时的信号值，/>是指所述用户通信信号的重复周期，/>是指指数函数，/>是虚数符号，/>是指所述用户通信频谱的采样点数；
对所述用户通信频谱进行频域分析，得到频谱传输特征；
对所述用户通信频谱进行信道分析，得到信道传输特征；
根据所述频谱传输特征和所述信道传输特征生成用户传输特征；
对所述用户通信信号进行信号解调，得到解调通信信号；
对所述解调通信信号进行类型检测，得到信号类型特征。
3.如权利要求2所述的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，其特征在于，所述对所述用户通信频谱进行频域分析，得到频谱传输特征，包括：
依次从所述用户通信频谱中提取出信号功率和噪声功率，根据所述信号功率和所述噪声功率生成信噪比；
对所述用户通信频谱进行带宽边缘定位，得到信号带宽；
从所述用户通信频谱中标定出信号峰值，根据所述信号峰值计算出中心频率；
根据所述中心频率计算出频率偏移，将所述信噪比、所述信号带宽以及所述频率偏移生成频谱传输特征。
4.如权利要求2所述的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，其特征在于，所述对所述用户通信频谱进行信道分析，得到信道传输特征，包括：
根据所述用户通信频谱匹配出训练通信频谱；
根据所述用户通信频谱和所述训练通信频谱计算出信道响应；
根据所述信道响应构建信号状态矩阵，根据所述信号状态矩阵生成信道传输特征。
5.如权利要求2所述的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，其特征在于，所述对所述用户通信信号进行信号解调，得到解调通信信号，包括：
对所述用户通信信号进行信号混频，得到混频通信信号；
对所述混频通信信号进行信号同步，得到同步通信信号；
对所述同步通信信号进行信号采样，得到采样通信信号；
从所述采样通信信号中提取出调制类型，根据所述调制类型将所述采样通信信号解调成解调通信信号。
6.如权利要求1所述的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，其特征在于，所述根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号，包括：
从所述反馈类型特征中提取出信号频率，根据所述信号频率生成信号队列；
按照所述信号队列的队列顺序迭代生成频率节点，根据所有的频率节点生成信号节点树；
利用所述信号节点树将所述网络反馈信号压缩成初级压缩信号，根据所述信号节点数生成压缩字典，将所述网络反馈信号和所述压缩字典拼接成压缩网络信号；
将所述压缩网络信号按照预设的字节长度拆分成压缩信号组，将所述压缩信号组纠错编码成纠错编码组，将所述压缩信号组和所述纠错编码组拼接成编码网络信号。
7.如权利要求1所述的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，其特征在于，所述根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，包括：
将所述环境特征全局池化成池化环境特征，将所述用户传输特征全局池化成池化传输特征；
根据所述池化环境特征和所述池化传输特征生成池化特征矩阵；
对所述池化特征矩阵进行主成分分析，得到标准传输特征；
对所述标准传输特征进行节点增益分裂，得到增益特征集；
对所述增益特征集进行纯度筛选，得到传送特征。
8.如权利要求1所述的基于边缘计算实现矿山通信信号的提升方法，其特征在于，所述根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，包括：
依次从所述传送特征中提取出天线增益特征、滤波增益特征以及频谱增益特征；
根据所述滤波增益特征对所述编码网络信号进行带宽调节，得到带宽网络信号；
根据所述频谱增益特征对所述带宽网络信号进行适应增益，得到频谱网络信号；
根据所述天线增益特征对所述频谱网络信号进行天线增强，得到标准网络信号。
9.一种基于边缘计算实现矿山通信信号的提升系统，其特征在于，所述系统包括：
信号接收模块，用于接收用户端的用户通信信号，分别从所述用户通信信号中提取出用户传输特征以及信号类型特征；
边缘除噪模块，用于从预设的环境传感器中提取出环境特征，根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，其中，所述根据所述用户传输特征对所述用户通信信号进行边缘信号除噪，得到除噪用户信号，包括：从所述用户传输特征中提取出频谱传输特征和信道传输特征；根据所述信道传输特征对所述用户通信信号进行时域均衡，得到信道均衡信号；利用如下的频谱均衡算法根据所述频谱传输特征对所述信道均衡信号进行频谱均衡，得到除噪用户信号：
；
其中，是所述除噪用户信号在频率为/>时的频谱，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频率响应，/>是共轭函数符号，/>为点乘符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的频谱，/>是卷积符号，/>是所述频谱传输特征在所述信道均衡信号的频率为/>时的噪声频谱，/>是所述频谱传输特征中的信噪比；
信号反馈模块，用于利用所述信号类型特征对所述除噪用户信号进行边缘信号解码，得到解码用户信号，将所述解码用户信号发送至预设的网络服务器，获取所述网络服务器针对所述解码用户信号的网络反馈信号；
边缘编码模块，用于从所述网络反馈信号中提取出反馈类型特征，根据所述反馈类型特征对所述网络反馈信号进行边缘信号编码，得到编码网络信号；
边缘增强模块，用于根据所述环境特征和所述用户传输特征匹配出传送特征，根据所述传送特征对所述编码网络信号进行传送增强，得到标准网络信号，将所述标准网络信号发送至所述用户端。
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