[發(fā)明專利]一種基于深度學(xué)習(xí)的空間調(diào)制網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合檢測方法

有效

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• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111769862B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文奇;劉林;蔣昕怡;束鋒;鄒駿;夏桂陽
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H04B7/08
• 分類號: H04B7/08;G06N3/02
• 代理公司: 廣東遠勝智和知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44665
• 代理人: 鄒藍

本發(fā)明公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的空間調(diào)制網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合檢測方法。本發(fā)明利用深度學(xué)習(xí)方法，首先將信道和接收信號均處理為實值行向量，二者堆疊生成訓(xùn)練樣本，一批樣本組成訓(xùn)練集，將原始數(shù)據(jù)比特處理為獨熱編碼形式，生成訓(xùn)練集的標(biāo)簽；然后搭建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用訓(xùn)練集及其標(biāo)簽訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；最后，每當(dāng)信道矩陣和接收信號發(fā)生變化時，向深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入信道和接收信號，得到輸出，即為信號檢測結(jié)果。只要信道的隨機分布不發(fā)生改變，便無需進行新的訓(xùn)練。本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明提出的基于深度學(xué)習(xí)的聯(lián)合檢測方法，無需重復(fù)繁瑣的計算，以可接受的復(fù)雜度，獲得了較優(yōu)的誤比特率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于深度學(xué)習(xí)的空間調(diào)制網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合檢測方法。

背景技術(shù)

目前，第五代移動通信技術(shù)已經(jīng)深入到生產(chǎn)制造、日常生活的方方面面，它通過大規(guī)模多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)提升效率，采用重點區(qū)域超密集組網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展已進入最后階段。學(xué)術(shù)界對開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)的興趣日益濃厚，預(yù)計未來十年將致力于發(fā)展第六代移動通信技術(shù)(the Sixth Generation mobilecommunication networks, 6G)。2019年，中國正式啟動6G研究，將結(jié)合移動超寬帶、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)。大規(guī)模MIMO技術(shù)在簡化介質(zhì)訪問控制層、提高吞吐量、降低延遲、增加輻射能效、使用廉價低功耗組件等方面具有極大優(yōu)勢，在6G研究中潛力巨大。

傳統(tǒng)MIMO有許多劣勢，比如信道間干擾難以消除、天線間同步難度大、系統(tǒng)性能與接收機復(fù)雜度之間難以權(quán)衡、發(fā)射天線必須少于接收天線。

為了解決上述問題，新型MIMO技術(shù)——空間調(diào)制(Spatial Modulation,SM)應(yīng)運而生，它將比特信息流分為兩個子信息塊，一個映射為天線索引，另一個映射到星座符號。在每個時隙內(nèi)，只有一個發(fā)射天線被激活。無線通信信道具有很高的復(fù)雜度和隨機性，SM的各個發(fā)射天線對應(yīng)的信道之間有很大的區(qū)別，所以接收機可以通過一定的檢測方式，區(qū)分和識別來自不同天線的數(shù)據(jù)。SM的主要優(yōu)點有：1)每個時隙只有一副天線被激活，很好地消除了信道間干擾，避免了天線間同步，降低了射頻開銷和功率消耗。2)利用天線序數(shù)攜帶比特信息，在一定程度上提升了頻譜效率和能量效率。3)如果發(fā)射天線多于接收天線，SM方案仍然可以高效地運轉(zhuǎn)，因此SM適用于低復(fù)雜度的移動單元的下行鏈路設(shè)置。

在傳統(tǒng)的SM信號檢測方法中，最大似然(Maximum Likelihood,ML)檢測的誤比特率 (Bit Error Rate,BER)性能最優(yōu)，其主要思路是，在接收端窮盡搜索所有可能的發(fā)射向量，即所有可能的天線索引和星座符號對，找到最大化似然函數(shù)的最優(yōu)解。最大似然檢測的計算復(fù)雜度非常高，隨著發(fā)射天線數(shù)和調(diào)制星座階數(shù)的增加而指數(shù)增長。雖然后續(xù)也陸續(xù)有研究者提出更低復(fù)雜度的方法，例如球形譯碼檢測、迫零檢測、最小均方誤差檢測、匹配濾波檢測等，但整個過程仍然比較繁瑣，具有重復(fù)性，不利于有效利用資源。

發(fā)明內(nèi)容

SM系統(tǒng)中，接收端的信號檢測器，根據(jù)接收信號檢測出發(fā)射天線索引和星座符號，進而解調(diào)出原始數(shù)據(jù)比特。ML檢測方法在接收端窮盡搜索所有可能的發(fā)射向量，即所有可能的天線索引和星座符號對，找到最大化似然函數(shù)的最優(yōu)解。若接收端已知信道狀態(tài)信息，則 ML檢測可表示為：

其中，分別為接收端估計出的天線索引和星座符號索引，p_y(y|x_j，m，H)為似然函數(shù)。這一計算需要重復(fù)進行，步驟繁瑣，消耗大量資源，不利于系統(tǒng)性能的提升。