基于深度学习与信道状态信息的通信系统及编解码方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于深度学习与信道状态信息(CSI)的通信系统及编解码方法。通信系统包括一第一电子装置与一第二电子装置。第一电子装置包括已存储的一第一链路CSI与一具有深度学习功能的CSI编码器。第二电子装置包括已存储的一第二链路CSI与一具有深度学习功能的CSI编解码器，第一链路CSI与第二链路CSI具有关联性或相似性。第一电子装置的CSI编码器将第一链路CSI编码或压缩为第一码字以经由反馈链路反馈第一码字至第二电子装置，且第二电子装置的CSI编解码器将第二链路CSI编码或压缩为第二码字，以供CSI编解码器依据第一码字与第二码字解码或还原出第一电子装置的第一链路CSI。

【技术实现步骤摘要】
基于深度学习与信道状态信息的通信系统及编解码方法
本专利技术涉及一种通信系统及编解码技术，特别涉及一种基于深度学习与信道状态信息的通信系统及编解码方法。
技术介绍
近年来，虽通信技术迅速发展，但能使用的频谱却依然受限，如何在有限频谱下提高频谱的使用效率依然是未来先进通信系统需面对的难题。在提高频谱的使用效率的众多技术中，多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output；MIMO)技术备受重视，更作为下一代无线通信领域的关键技术之一，其主要原因在于多输入多输出(MIMO)系统具备波束成形(Beamforming)功能、分集增益(DiversityGain)功能及多工增益(MultiplexingGain)功能，可在传送端与接收端同时使用多天线及相关通信信号处理技术，故可在不增加带宽的情况下提供空间自由度，达到有效地提升通信系统的系统容量及频谱效率。多输入多输出技术大致上可分为时分双工(Time-DivisionDuplexing；TDD)与频分双工(Frequency-DivisionDuplexing；FDD)二种双工方式，其中，无线通信的双工(Duplex)技术是指传送端与接收端之间利用信道接入(ChannelAccess)的方式实现双向通信，使二通信装置之间能够互相传送数据的方法。由多输入多输出技术所延伸的大规模多输入多输出(MassiveMIMO)技术，能够更大幅度地提升系统容量及频谱效率，以支持更大数量的用户数，故大规模多输入多输出技术被普遍认为是第五代无线通信系统的主要技术。又，由于时分双工(TDD)需要过于复杂的校准过程，且现有系统多使用频分双工(FDD)技术，使得频分双工大规模多输入多输出(FDDMassiveMIMO)系统成为现今在多输入多输出技术的重要发展方向。对于现有的大规模频分双工多输入多输出系统而言，在下行链路(Downlink)时，当接收端的用户装置(UserEquipment；UE)需要反馈一信道状态信息(ChannelStateInformation；CSI)给传送端的基站(BaseStation；BS)时，需将信道状态信息简化以使信道结构呈现出稀疏的特性，并运用压缩感知(CompressiveSensing；CS)的方式将信道状态信息的信号压缩。然而，基于压缩感知(CS)的方法主要存在三个挑战，第一、信道状态信息在任何的基底上实际上皆不完全稀疏，对于需要以稀疏矩阵为假设的压缩感知(CS)方法而言，结果并不甚理想。第二、压缩感知(CS)的压缩方式是使用随机投影，并没有充分利用信道所拥有的结果特征。第三、现有的压缩感知(CS)算法皆须经过多次迭代后才可重新还原出信道状态信息，以致造成系统计算复杂度上升，降低系统执行的时效。因此，如何提升对于解码或还原出信道状态信息的效能，以解决上述悉知技术的挑战，实已成为本领域技术人员的一大研究课题。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于深度学习与信道状态信息(CSI)的通信系统及编解码方法，可由第二电子装置利用已存储的第二链路CSI解码或还原出第一电子装置的第一链路CSI，以提升对于解码或还原出信道状态信息的效能。本专利技术基于深度学习与信道状态信息(CSI)的通信系统一实施例包括：一第一电子装置，其包括已存储的一第一链路CSI与一具有深度学习功能的CSI编码器；以及一第二电子装置，其包括已存储的一第二链路CSI与一具有深度学习功能的CSI编解码器，第一链路CSI与第二链路CSI具有关联性或相似性，且第二电子装置未预先具有第一电子装置的第一链路CSI；其中，第一电子装置的CSI编码器将第一链路CSI编码或压缩为第一码字以经由反馈链路反馈第一码字至第二电子装置，且第二电子装置的CSI编解码器将第二链路CSI编码或压缩为第二码字，以供CSI编解码器依据第一码字与第二码字解码或还原出第一电子装置的第一链路CSI。本专利技术基于深度学习与信道状态信息(CSI)的编码解方法一实施例包括：提供包括已存储的一第一链路CSI与一具有深度学习功能的CSI编码器的第一电子装置、以及包括已存储的一第二链路CSI与一具有深度学习功能的CSI编解码器的第二电子装置，第一链路CSI与第二链路CSI具有关联性或相似性，且第二电子装置未预先具有第一电子装置的第一链路CSI；由第一电子装置的CSI编码器将第一链路CSI编码或压缩为第一码字以经由反馈链路反馈第一码字至第二电子装置，并由第二电子装置的CSI编解码器将第二链路CSI编码或压缩为第二码字；以及由第二电子装置的CSI编解码器依据第一码字与第二码字解码或还原出第一电子装置的第一链路CSI。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明。在以下描述内容中将部分阐述本专利技术的额外特征及优点，且此等特征及优点将部分自所述描述内容显而易见，或可借由对本专利技术的实践习得。本专利技术的特征及优点借助于在权利要求范围中特别指出的元件及组合来认识到并达到。应理解，前文一般描述与以下详细描述两者均仅为例示性及解释性的，且不欲约束本专利技术所主张的范围。附图说明图1为本专利技术基于深度学习与信道状态信息的通信系统的一实施例架构示意图；图2为本专利技术基于深度学习与信道状态信息的通信系统的一实施例示意图；图3A为本专利技术图2中第一电子装置的编码器的一实施例示意图；图3B为本专利技术图2中第二电子装置的编码器的一实施例示意图；图4为本专利技术图2中第二电子装置的解码器的一实施例示意图；图5为本专利技术基于深度学习与信道状态信息的编解码方法的流程一实施例示意图；图6为本专利技术一实施例与现有技术于正规化均方误差(NMSE)的比较表；以及图7为本专利技术一实施例与现有技术对第一链路CSI的重建时间的比较图。主要组件符号说明1基于深度学习与信道状态信息的通信系统10第一电子装置11第一链路CSI(信道状态信息)12CSI编码器121编码器20第二电子装置21第二链路CSI22CSI编解码器221编码器222解码器223具记忆功能的神经网络A1卷积层、批次正规化层与激活函数层A2池化层B1双线性升采样层B2卷积层、批次正规化层与第一激活函数层B3第一激活函数层B4卷积层、批次正规化层与第二激活函数层Cw1第一码字Cw2第二码字De解码程序或还原程序En编码程序或压缩程序M1第一LSTM单元M2第二LSTM单元M3第三LSTM单元L1第一链路L2第二链路L3反馈链路P12至P14、P22至P24、P32至P34、P42至P44点S11至S19、S21至S31程序S41至S43步骤T1、T2天线。具体实施方式以下借由特定的具体实施形态说明本专利技术的实施方式，本领域技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于深度学习与信道状态信息的通信系统，其特征在于，包括：/n第一电子装置，其包括已存储的第一链路信道状态信息CSI与具有深度学习功能的信道状态信息CSI编码器；以及/n第二电子装置，其包括已存储的第二链路信道状态信息CSI与具有深度学习功能的信道状态信息CSI编解码器，该第一链路CSI与该第二链路CSI具有关联性或相似性，且该第二电子装置未预先具有该第一电子装置的第一链路CSI；/n其中，该第一电子装置的该CSI编码器将该第一链路CSI编码或压缩为第一码字，以经由反馈链路反馈该第一码字至该第二电子装置，且该第二电子装置的该CSI编解码器将该第二链路CSI编码或压缩为第二码字，以供该CSI编解码器依据该第一码字与该第二码字解码或还原出该第一电子装置的该第一链路CSI。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于深度学习与信道状态信息的通信系统，其特征在于，包括：
第一电子装置，其包括已存储的第一链路信道状态信息CSI与具有深度学习功能的信道状态信息CSI编码器；以及
第二电子装置，其包括已存储的第二链路信道状态信息CSI与具有深度学习功能的信道状态信息CSI编解码器，该第一链路CSI与该第二链路CSI具有关联性或相似性，且该第二电子装置未预先具有该第一电子装置的第一链路CSI；
其中，该第一电子装置的该CSI编码器将该第一链路CSI编码或压缩为第一码字，以经由反馈链路反馈该第一码字至该第二电子装置，且该第二电子装置的该CSI编解码器将该第二链路CSI编码或压缩为第二码字，以供该CSI编解码器依据该第一码字与该第二码字解码或还原出该第一电子装置的该第一链路CSI。


2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，该第一电子装置的该CSI编码器将该第一链路CSI进行预处理，且该CSI编码器包括编码器以将预处理后的该第一链路CSI编码或压缩为该第一码字。


3.根据权利要求2所述的通信系统，其特征在于，该第一电子装置的该编码器包括卷积层、批次正规化层、激活函数层与池化层其中至少一个，以利用该卷积层、批次正规化层、激活函数层与池化层其中至少一个提供编码程序或压缩程序，进而依据该编码程序或压缩程序将该第一链路CSI编码或压缩为该第一码字。


4.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，该第二电子装置的该CSI编解码器包括编码器与解码器，该编码器将该第二链路CSI编码或压缩为该第二码字，且该解码器将该第一码字与该第二码字并解码或还原为三层维度的信道矩阵。


5.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，该第二电子装置的该编码器包括卷积层、批次正规化层、激活函数层与池化层其中至少一个，以利用该卷积层、批次正规化层、激活函数层与池化层其中至少一个提供编码程序或压缩程序，进而依据该编码程序或压缩程序将该第二链路CSI编码或压缩为该第二码字。


6.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，该第二电子装置的该解码器包括双线性升采样层、卷积层、批次正规化层、第一激活函数层与第二激活函数层其中至少一个，以利用该双线性升采样层、卷积层、批次正规化层、第一激活函数层与第二激活函数层其中至少一个提供解码程序或还原程序，进而依据该解码程序或还原程序将该第一码字与该第二码字并解码或还原为该三层维度的信道矩阵。


7.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，该第二电子装置的该CSI编解码器还包括具记忆功能的神经网络，用以从该三层维度的信道矩阵中解码或还原出该第一链路CSI。


8.根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，该具记忆功能的神经网络为递归神经网络(RN...

【专利技术属性】
技术研发人员：温朝凯，施宛廷，陈仁智，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71