[發明專利]一種適用于高速可見光通信的神經網絡輔助的迭代接收方法

有效

• 申請號: 201910051483.0
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109889462B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 趙春明;賀淵;姜明;凌昕彤;李驍敏
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L27/34;H04L25/03
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發明提供了一種適用于高速可見光通信的神經網絡輔助的迭代接收方法，該方案的目的是通過神經網絡接收機修正軟判決信息，以消除削波失真的影響。神經網絡BICM接收機包括：（1）代價函數采用交叉熵函數；（2）訓練方法采用反向傳播算法；（3）輸入層包括接受符號的實部、虛部以及對應的高斯噪聲，輸出層得到各星座點的概率值；（4）隱含層和輸出層分別采用tanh和softmax函數。與現有削波增強方案對比，本發明具有更明顯的抑制效果，以及合理的算法復雜度，有利于增強DCO?OFDM針對削波失真的魯棒性。

技術領域

本發明涉及可見光通信領域，特別是涉及一種適用于高速可見光通信的神經網絡輔助的迭代接收方法。

背景技術

作為第五代通信系統(5G)的補充，可見光通信已經成為極具前景的室內短距離通信技術。可見光通信利用強度調制直接檢測方式驅動發光二極管(LED)，可同時實現數據通信和室內照明。近年來，光正交頻分復用多載波技術(O-OFDM)憑借更高的頻譜利用率和抗多徑效應的特點，而受到廣泛關注。O-OFDM技術包括非對稱限幅光OFDM(ACO-OFDM)、脈沖幅度調制離散多音頻(PAM-DMT)以及直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)等多種候選方案。相較于其他方案，DCO-OFDM具有頻譜利用率高和易于實現的優勢，其基本原理是通過頻域共軛偶對稱保證實數信號，并在時域信號疊加直流偏置，以保證非負性。值得注意的是，DCO-OFDM需要通過雙邊削波以適配線性放大動態范圍，而DCO-OFDM信號峰均比(PAPR)高的特性將導致嚴重的非線性削波失真和子載波間干擾(ICI)。

圍繞該技術挑戰，國內外提出多種非線性削波抑制方案，包括峰均比降低、預失真、后失真以及編碼調制等。其中，編碼調制技術(BICM)在發射端利用比特級交織器將編碼與調制分割，進行單獨優化實現編碼分集最大化，并在接收端改用軟判決度量實現譯碼，能夠提供抗非線性失真的能力。研究表明，考慮到LDPC碼的逼近香農和高速譯碼特性，基于LDPC碼的BICM技術能夠在非線性削波失真情況下，獲得明顯的編碼增益。盡管如此，傳統的BICM接收機仍然受到嚴重的失真影響，其原因是削波失真并沒有考慮到最大后驗軟解調過程中，仍然采用高斯分布作為信道條件概率，從而產生失配的對數似然比。研究機構針對非線性失真場景，提出諸如最大似然序列檢測BICM接收機(MLSD-BICM)、高斯混合模型BICM接收機(GMM-BICM)等，但是兩者性能離香農限仍有差距。因此，本發明提供了一種DCO-OFDM系統的神經網絡BICM迭代接收機方案(NN-BICM)，通過神經網絡修正軟判決信息，以消除削波失真的影響。

發明內容

為了解決以上問題，本發明提供一種適用于高速可見光通信的神經網絡輔助的迭代接收方法，具有更明顯的抑制效果，以及合理的算法復雜度，有利于增強DCO-OFDM針對削波失真的魯棒性，為達此目的，本發明所述的一種適用于高速可見光通信的神經網絡輔助的迭代接收方法，包括如下步驟：

S1：初始化，給定非線性程度Ψ、調制階數M和子載波數N；確定最大的大迭代次數T_m；確定神經網絡NN1和NN2的隱含層層數以及各隱含層的神經元個數；

S2：多路選擇器模塊，NN-BICM接收機通過多路選擇器MUX選擇神經網絡，如果大迭代次數T等于1，多路選擇器選擇NN1模塊即S3步驟；如果大迭代次數T大于1，多路選擇器選擇NN2即S5步驟；

S3：NN1模塊，NN-BICM接收機通過神經網絡NN1進行條件概率計算，最大后驗概率MAP解調器能夠利用神經網絡NN1輸出的信道條件概率計算修正后的對數似然比，進入S4步驟；

S4：修正得到的對數似然比經過偽隨機交織器后，進行LDPC譯碼，軟信息通過置信傳播譯碼BP算法在變量節點和校驗節點間迭代更新，所有校驗式則輸出LDPC碼譯碼判決結果，或達到BP算法最大迭代次數仍無法滿足校驗則終止譯碼，輸出變量節點的軟信息。大迭代次數T加1，T++，并計算先驗概率

假如迭代次數T＜T_m，則返回步驟S2；否則，輸出譯碼判決結果；