[發(fā)明專利]一種基于深度學(xué)習(xí)的無線紫外光散射信道估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011305231.5
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112468230B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙太飛;呂鑫喆;趙毅;張爽;薛蓉莉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安華企眾信科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: H04B10/11
• 分類號: H04B10/11;H04L25/02
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本發(fā)明公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的無線紫外光散射信道估計(jì)方法，具體步驟為：首先對無線紫外光非直視單次散射信道進(jìn)行建模，計(jì)算出信道響應(yīng)等相關(guān)信道參數(shù)，然后利用大量離線的信道訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行離線深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果計(jì)算出接收數(shù)據(jù)和信道響應(yīng)的映射關(guān)系，最后使用訓(xùn)練好的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信道估計(jì)，將訓(xùn)練好的信道參數(shù)發(fā)送到接收端，將接收數(shù)據(jù)輸入到深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸出最優(yōu)的信道響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)信道估計(jì)算法中存在的誤碼率高、魯棒性差、需要先驗(yàn)信道特性等問題，將深度學(xué)習(xí)和無線紫外光通信相結(jié)合，提高了通信系統(tǒng)的收發(fā)準(zhǔn)確性和可靠性，為深度學(xué)習(xí)進(jìn)一步應(yīng)用于光通信提供了理論基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種基于深度學(xué)習(xí)的無線紫外光散射信道估計(jì)方法。

背景技術(shù)

無線紫外光通信是一種利用大氣散射進(jìn)行信息傳輸?shù)臒o線光通信方式。當(dāng)光信號傳輸?shù)酱髿庵杏龅搅Ｗ印馊苣z、灰塵等微粒，從而發(fā)生強(qiáng)烈的散射作用，這種強(qiáng)散射特性有利于實(shí)現(xiàn)非直視通信，但是這一特性也會(huì)使無線紫外光發(fā)生較為明顯的信號多徑效應(yīng)，這種現(xiàn)象會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的脈沖展寬現(xiàn)象，如圖2所示。當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)速率較高時(shí)，脈沖展寬現(xiàn)象就會(huì)在信息碼元之間造成碼間串?dāng)_，這會(huì)對后續(xù)的信號檢測過程帶來較大的影響，會(huì)提高系統(tǒng)的誤碼率。

為了消除上述影響以及提高通信系統(tǒng)性能，研究適合于無線紫外光通信的信道估計(jì)方法是有必要的。信道估計(jì)的目的就是準(zhǔn)確估計(jì)出信道的響應(yīng)特性，由于在復(fù)雜大氣環(huán)境下的信道特性可能是時(shí)變的，所以準(zhǔn)確估計(jì)出信道特性是十分必要的，然后可以根據(jù)信道估計(jì)結(jié)果對傳輸信號進(jìn)行檢測，為后續(xù)檢測器中的信道均衡或者信道編碼提供參考依據(jù)。

人工智能技術(shù)近年來發(fā)展迅速，而深度學(xué)習(xí)正是通向人工智能的途徑之一，是從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)表示的一種新方法，利用一系列連續(xù)的表示層進(jìn)行學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是一種實(shí)現(xiàn)分層表示的學(xué)習(xí)模型，通過模仿動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的行為特征，進(jìn)行分布式并行信息處理。將深度學(xué)習(xí)和無線紫外光通信模型結(jié)合為信道估計(jì)提供了新的思路，可以進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的收發(fā)準(zhǔn)確性和可靠性，為新型無線紫外光通信系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于深度學(xué)習(xí)的無線紫外光散射信道估計(jì)方法，解決了傳統(tǒng)方法中存在的問題和不足，例如需要先驗(yàn)信道特性、復(fù)雜度高、誤碼率高、魯棒性差等。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于深度學(xué)習(xí)的無線紫外光散射信道估計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟1，無線紫外光散射信道建模：首先打開仿真環(huán)境，構(gòu)造出大氣環(huán)境下的無線紫外光非直視單次散射信道模型，然后添加噪聲和失真條件；

所述步驟1首先對無線紫外光單次散射進(jìn)行建模仿真，形成無線紫外光非直視單次散射信道模型，在短距離的通信情況下，紫外光信號在大氣信道傳輸過程中只受到一次散射就被接收端接收，非直視通信方式選用NLOS(c)類模式，即收發(fā)仰角均為不定值但小于90度，考慮晴天時(shí)的大氣散射，由于空氣中的氣溶膠濃度較低，大氣分子主要發(fā)生瑞利散射，瑞利散射系數(shù)由下式表示：

式中n(λ)為大氣折射率，N_A為大氣粒子濃度，l(x)為粒子的有效平均直徑，一般取l(x)＝0.035；

無線紫外光非直視單次散射信道模型發(fā)送端光源采用紫外LED，接收端光電檢測器采用光電倍增管，所述步驟1的具體做法為：

步驟1.1，根據(jù)無線紫外光非直視單次散射信道模型計(jì)算接收端的總能量，然后求出路徑損耗，通過不斷增加發(fā)送信號的樣本數(shù)量，得到足夠的路徑損耗數(shù)據(jù)，進(jìn)而擬合出路徑損耗函數(shù)表達(dá)式；使用微元法求體積分計(jì)算得到接收端的總能量，取體積元δV，根據(jù)散射理論，體積元接收到的能量為：