[發(fā)明專利]基于數(shù)據(jù)及知識驅(qū)動的端到端無線通信系統(tǒng)模型設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310763214.3
• 申請日: 2023-06-26
• 公開（公告）號: CN116667958A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯昊晨;王睿
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;G06N3/047;G06N3/084
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.基于數(shù)據(jù)及知識驅(qū)動的端到端無線通信系統(tǒng)模型設(shè)計方法，其特征在于，為聯(lián)合優(yōu)化調(diào)制解調(diào)、編解碼以及信道傳輸，包括下列步驟：

1)獲取通信系統(tǒng)參數(shù)以供算法訓(xùn)練使用；

2)建立端到端無線通信系統(tǒng)模型框架：

使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的貝葉斯層和功率歸一化層代替?zhèn)鹘y(tǒng)通信系統(tǒng)的發(fā)射機與接收機，傳輸媒介選用無線通信中的理論信道模型和真實信道模型；

3)更新貝葉斯推斷的變分參數(shù)：

建立貝葉斯推斷中變分參數(shù)的先驗分布，使用KL散度表示變分分布與后驗分布之間的差異，將似然函數(shù)作為參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，確定使得目標(biāo)函數(shù)最大化的變分參數(shù)；

4)更新貝葉斯層的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重：

利用梯度下降法更新貝葉斯層的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重；

5)判斷是否滿足優(yōu)化結(jié)束條件：

在系統(tǒng)輸出預(yù)測值后，計算與標(biāo)簽的二分類交叉熵損失函數(shù)，觀察是否達到端到端無線通信系統(tǒng)的誤碼率要求，若未達到，則返回步驟3)進行下一步迭代。

2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：步驟1)中獲取通信系統(tǒng)參數(shù)以供算法訓(xùn)練使用，包括有效信息比特數(shù)k、信道時隙數(shù)n、調(diào)制進制數(shù)M、信道信噪比h_SNR，以及每一時隙的信道狀態(tài)信息h_i(i＝1,2,…,n)參數(shù)。

3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：

步驟2)中建立系統(tǒng)模型框架；

使用兩層貝葉斯層和一層功率歸一化層作為系統(tǒng)的發(fā)射機模型，使用兩層貝葉斯層作為系統(tǒng)的接收機模型。

4.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：步驟3)中選取高斯分布作為先驗分布來簡化實際計算中的問題，即：

q₀(ω|μ,σ)＝N(ω|μ,σ).

上式中q₀(·)為變分分布的先驗分布，N為高斯分布，μ和σ分別為該分布的均值和方差,ω為網(wǎng)絡(luò)權(quán)重。

5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：步驟3)中使用KL散度來衡量貝葉斯推斷中變分分布q與后驗分布p之間的差異：

上式中ω為網(wǎng)絡(luò)權(quán)重，θ為變分參數(shù)，X和Y分別為網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出。

6.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：步驟3)中將參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)定義為變分分布q的似然函數(shù)L(q)：

7.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：步驟3)中通過最大化L(q)來找到使得觀測數(shù)據(jù)X和Y的聯(lián)合概率分布p(X,Y|θ)最大化的變分參數(shù)θ，即：

8.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于；

步驟4)中，更新深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重；

創(chuàng)建發(fā)射機模型和接收機模型的正則化對象，使用L2范數(shù)進行正則化，使用adam作為梯度下降的優(yōu)化器，梯度下降的過程表示為：

上式中，y為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出值，為數(shù)據(jù)標(biāo)簽值，B為一批次樣本數(shù)，l(·)為損失函數(shù)，ω_T和ω_R為別為發(fā)射機和接收機的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重。

9.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于：步驟5)中判斷是否滿足優(yōu)化結(jié)束條件；

在系統(tǒng)輸出預(yù)測值后，計算與標(biāo)簽的損失函數(shù)，觀察是否達到端到端無線通信系統(tǒng)的誤碼率要求，若未達到，則返回步驟3)進行下一步迭代。