[發(fā)明專利]一種基于NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與塊狀反饋的信道均衡方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910029487.9
• 申請(qǐng)日: 2019-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109905337B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 聞旭;鐘杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L25/03
• 分類號(hào): H04L25/03;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與塊狀反饋的信道均衡方法，該方法基于時(shí)間序列的NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和判決反饋結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了適用于存在碼間干擾及頻率選擇性衰落信道的均衡器，利用反向傳播算法訓(xùn)練得到最優(yōu)參數(shù)；使用塊狀判決輸出作為訓(xùn)練集對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行再訓(xùn)練，跟蹤信道的變化；對(duì)MSE損失函數(shù)添加誤差權(quán)重，減小錯(cuò)誤均衡輸出對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)再訓(xùn)練的影響。本發(fā)明具有自適應(yīng)性，適用的信道環(huán)境更廣，能夠提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在時(shí)變信道的均衡性能，并且具有較低復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的基于NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與塊狀判決反饋的信道均衡方法。

背景技術(shù)

信道均衡是指為了提高衰落信道中的通信系統(tǒng)的傳輸性能而采取的一種抗衰落措施。它主要是為了消除或者是減弱寬帶通信時(shí)的多徑時(shí)延帶來(lái)的碼間串?dāng)_(Inter-symbol Interference，ISI)問(wèn)題。其機(jī)理是對(duì)信道或整個(gè)傳輸系統(tǒng)特性進(jìn)行補(bǔ)償，針對(duì)信道恒參或變參特性，數(shù)據(jù)速率大小不同，均衡有多種結(jié)構(gòu)方式，大體上分為兩大類：線性與非線性均衡。

作為傳統(tǒng)信道均衡方法的有效補(bǔ)充，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道均衡方案也越來(lái)越受到重視。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural Network,NN)是一門重要的機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning,ML)技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模擬人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以期能夠?qū)崿F(xiàn)類人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。常用于對(duì)函數(shù)進(jìn)行估計(jì)或近似及模式學(xué)習(xí)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由大量的人工神經(jīng)元聯(lián)結(jié)進(jìn)行計(jì)算。大多數(shù)情況下人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能在外界信息的基礎(chǔ)上改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是一種自適應(yīng)系統(tǒng)，通俗的講就是具備學(xué)習(xí)功能。近些年來(lái)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像處理、自然語(yǔ)言處理、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)處理等研究方向都取得了重大的突破和成果。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自我學(xué)習(xí)能力和強(qiáng)大的函數(shù)擬合能力，在通信領(lǐng)域該技術(shù)也有重要的應(yīng)用空間。目前基于支持向量機(jī)、自編碼器等模型技術(shù)都在通信領(lǐng)域有較多的研究。帶有外部輸入的非線性自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NonlinearAutoregressive Network with Exogenous Inputs,NARX)是一種動(dòng)態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是帶有輸出時(shí)延反饋的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

通信系統(tǒng)主要分為發(fā)送端、信道和接收端，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，通信信道具有不同的特性，并對(duì)通信信號(hào)的傳輸造成影響。瑞利信道是模擬無(wú)線通信信道中，電磁波經(jīng)過(guò)反射折射散射等多條路徑傳播到達(dá)接收機(jī)，總信號(hào)的強(qiáng)度服從瑞利分布。同時(shí)由于接收機(jī)的移動(dòng)及其他原因，信號(hào)強(qiáng)度和相位等特性又在起伏變化，稱為瑞利衰落。且瑞利信道模型下接收到的信號(hào)中不存在發(fā)射機(jī)直射到接收機(jī)的信號(hào)，只有經(jīng)過(guò)信道中的障礙物反射等路徑到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)。如果收到的信號(hào)中除了經(jīng)反射折射散射等來(lái)的信號(hào)外，還有從發(fā)射機(jī)直接到達(dá)接收機(jī)如從衛(wèi)星直接到達(dá)地面接收機(jī)的信號(hào)，那么總信號(hào)的強(qiáng)度服從萊斯分布，稱為萊斯衰落信道模型。

通信系統(tǒng)中的信道模型如圖1所示，發(fā)送端的信息比特流m經(jīng)過(guò)信道編碼器編碼形成碼字，然后經(jīng)過(guò)調(diào)制器生成發(fā)送符號(hào)x，在實(shí)際系統(tǒng)中還會(huì)經(jīng)過(guò)濾波器、功率放大器等之后經(jīng)由天線或其他發(fā)送端器件將信號(hào)發(fā)送至傳輸介質(zhì)即通信信道h。經(jīng)由信道傳輸后，在接收端接收到信號(hào)y，均衡器會(huì)根據(jù)信道特征對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，最大可能地恢復(fù)原始發(fā)送信號(hào)，均衡器恢復(fù)的信號(hào)記為經(jīng)由解調(diào)器后的數(shù)據(jù)流進(jìn)入到譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼器會(huì)去掉附加的冗余信息，并實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)功能，恢復(fù)出的比特流記為

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是區(qū)別于傳統(tǒng)的信道均衡技術(shù)，提供一種基于具有輸出時(shí)延反饋的非線性自回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NARX)的判決反饋信道均衡方法，均衡使用塊狀訓(xùn)練序列訓(xùn)練和塊狀判決反饋再訓(xùn)練的方案。本發(fā)明能夠利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在多徑、頻率選擇性衰落信道等復(fù)雜信道下實(shí)現(xiàn)良好的均衡效果。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與塊狀反饋的信道均衡方法，該方法包括以下步驟：

(1)構(gòu)建實(shí)值NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-判決反饋均衡器(RVNARX-DFE)，具體如下：