[發(fā)明專利]基于自監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的端到端OFDM水下高速無線光通信系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110143882.7
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112968736B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐敬;杜子豪;戴逸展;鄧歡
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H04B10/80
• 分類號: H04B10/80;H04B10/50;H04L27/26;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州新澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33311
• 代理人: 曾建芳

1.一種基于自監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的端到端OFDM水下高速無線光通信方法，其特征在于，其包括以下步驟，

步驟一，搭建基于深度學(xué)習(xí)的端到端OFDM水下無線光通信系統(tǒng)；

步驟二，對搭建好的端到端OFDM水下無線光通信系統(tǒng)進(jìn)行離線靜態(tài)訓(xùn)練；

步驟三，對離線靜態(tài)訓(xùn)練后的端到端OFDM水下無線光通信系統(tǒng)進(jìn)行在線部署并實(shí)施在線自監(jiān)督實(shí)時反饋調(diào)節(jié)；

所述的離線靜態(tài)訓(xùn)練包括發(fā)送端的陸上訓(xùn)練和接收端的水下訓(xùn)練；

發(fā)送端的陸上訓(xùn)練具體步驟為：通過比較傳統(tǒng)方法下生成的已知OFDM訓(xùn)練符號和通過發(fā)送端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成的OFDM符號的差異得到相應(yīng)的損失函數(shù)，再利用梯度下降方法對深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)更新，直至損失函數(shù)的值趨于零；

接收端的水下訓(xùn)練具體步驟為：將發(fā)送端和接收端固定于水面下并實(shí)現(xiàn)光學(xué)對準(zhǔn)后，通過給發(fā)送端傳輸大量已知信號并轉(zhuǎn)化為OFDM符號后，再經(jīng)過水下信道傳輸；通過比較發(fā)送幀所包含的已知二進(jìn)制比特流和通過接收端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)映射后接收幀中包含的二進(jìn)制比特流的差異，得到相應(yīng)的損失函數(shù)，再利用梯度下降方法實(shí)現(xiàn)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的更新；

所述的接收端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過自監(jiān)督學(xué)習(xí)機(jī)制實(shí)時微調(diào)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，自監(jiān)督學(xué)習(xí)是在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出介于0-1的數(shù)值后，通過增加判決模塊，經(jīng)判決得到的可能性最大的輸出值被視為真實(shí)標(biāo)簽值，傳入損失函數(shù)中進(jìn)行深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)微調(diào)，其公式為：

其中表示的是判決后得到的可能性最大的輸出值，并將其視為真實(shí)標(biāo)簽值，表示的是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測值，N表示的是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的神經(jīng)元個數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的端到端OFDM水下高速無線光通信方法，其特征在于，所述的梯度下降方法采用Adam，損失函數(shù)使用交叉熵函數(shù)，其公式為：

其中y_k表示的是真實(shí)標(biāo)簽值，表示的是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測值，N表示的是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層的神經(jīng)元個數(shù)。

3.一種基于自監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的端到端OFDM水下高速無線光通信系統(tǒng)，所述的通信系統(tǒng)應(yīng)用于權(quán)利要求1或2中的通信方法，其特征在于，其包括發(fā)送端和接收端，所述的發(fā)送端包括需要發(fā)送的發(fā)送幀、將二進(jìn)制比特流數(shù)據(jù)映射成OFDM符號的發(fā)送端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)水下長距離傳輸?shù)募す夤庠矗邮斩税ń邮占す獾奶綔y器、將接收到的OFDM符號恢復(fù)成二進(jìn)制比特流數(shù)據(jù)的接收端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和接收幀。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于自監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的端到端OFDM水下高速無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和接收端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均分別包括輸入層、隱含層和輸出層，所述的輸入層為單一全連接層，隱含層包括兩個堆疊層，堆疊層由全連接層、激活函數(shù)、歸一化層和丟失層組成，輸出層由全連接層和激活函數(shù)構(gòu)成。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于自監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的端到端OFDM水下高速無線光通信系統(tǒng)，其特征在于，所述的發(fā)送端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中隱含層和輸出層的激活函數(shù)為非線性效應(yīng)的ReLU函數(shù)，接收端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中隱含層的激活函數(shù)為非線性效應(yīng)的ReLU函數(shù)，接收端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸出層的激活函數(shù)為Sigmoid函數(shù)；發(fā)送端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和接收端深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的歸一化層為Batch Normalization層，丟失層為Dropout層。