基于似然估计修正信噪比的编码调制切换方法技术

本发明专利技术提供一种基于似然估计修正信噪比的编码调制切换方法。本发明专利技术方法，包括如下步骤：获取通信链路建立连接的信道信噪比，将其作为长短期记忆网络的输入，通过长短期记忆网络的训练，输出链路通信期间的任意时刻的信噪比；根据信道的信噪比的概率特性，采用最大似然估计算法求解误差系数；基于求解的误差系数求解改进后的参考信噪比，基于改进后的参考信噪比，根据编码和调制方式的不同将输出的链路通信期间的信噪比划分为不同的区间，系统根据每个区间对应的编码调制策略进行相应的编码调制。本发明专利技术在保证系统的误码率的同时提升系统的传输效率和吞吐量，改善了通信系统的传输效益。效益。效益。

【技术实现步骤摘要】
基于似然估计修正信噪比的编码调制切换方法


[0001]本专利技术涉及数据处理和神经网络
，尤其涉及一种基于似然估计修正信噪比的编码调制切换方法。

技术介绍

[0002]随着当今卫星通信技术的发展，其较强的应用价值体现在了多个方面，作为信息化时代发展的重要支撑手段与技术，发展速度越来越快，应用范围也越来越广。然而卫星通信受外部环境的影响较为严重，因此，自适应编码调制(ACM)被广泛引入来优化通信链路。目前，ACM技术的研究主要集中在模式选择方法、信道编码改进、信道状态信息(CSI)精确捕获和ACM实现。其中，调制与编码策略(MCS)的选择是ACM技术的核心部分。
[0003]文献《基于有限块长分析的自适应调制编码中的星座和速率选择及其在LTE中的应用》中分析了关于无线通信中码块编码的速率和星座调制的方法，该方法简要的讨论的码块的编码速率和根据不同编码速率进行星座调制的关系，但没有完全的考虑无线通信环境对信道传输的影响。
[0004]文献《水下声通信的自适应调制与编码》中提出了四种模式和三种阈值检测算法来确定AMC技术中的传输模式的方法，该方法在收发器模型中，使用卷积编码来释放信息比特的大小，并应用turbo均衡来提高性能。另外，通过水下实验分析了模式与阈值之间的关系，但水声信道和卫星无线通信的信道环境不同，因此调整和检测的阈值并不适用卫星通信。
[0005]文献《卫星宽带移动通信系统自适应编码调制技术研究》中提出一种基于概率估计的自适应MCS切换算法，该算法是求解一个码块周期内接收SNR小于参考SNR的概率，通过多次仿真优选最佳的概率值后，由该概率公式反推出参考的SNR的取值。但是该方法性能不高且算法复杂度高，考虑的信道因素过少。
[0006]文献《低轨卫星数字集群系统低层协议研究与设计》中提出一种基于改正方差修正SNR的MCS切换算法，该算法在方差修正SNR的MCS切换算法的基础上增加了方差修正系数，调整系统对SNR的修正程度。但是此方法受信道估计影响，参考SNR的判决误差可能会变大。
[0007]AOS通信系统在进行编码调制切换时，由于信道环境和信道衰落的影响，传统的编码调制切换算法难以解决高阶的调制编码方式的高传输效率和低阶的调制编码方式的可靠性难以互相兼容等一些问题。
[0008]近年来，为了提升通信效率，国内外学者对MCS切换进行了深入的探究，传统的基于最小SNR的MCS(M
‑
MCS)切换算法虽然保证系统的误码率，但却极大地损失了系统的吞吐量，而基于平均SNR的MCS(E
‑
MCS)切换算法虽然提升了系统的吞吐量却无法保证系统的误码率。根据这两种算法的切换过程，通过仿真优选出系统的数据传输最佳概率值，提出了一种基于概率估计的MCS切换算法，该算法在一定程度上提升了系统的吞吐量，但是算法的计算过程复杂，复杂度较高且对切换的过程的误差变化大。根据对SNR的方差进行修正，提出
一种基于经验方差修正SNR的MCS(M
‑
VCS)切换算法。该算法能在提升的系统的吞吐量同时降低算法的复杂度，然而该算法修正的方差是一种经验值，通过不断修正方差系数得到，会增大MCS切换算法受参考SNR和判决门限的误差。

技术实现思路

[0009]根据上述提出的技术问题，而提供一种基于似然估计修正SNR(信噪比)的MCS(编码调制)切换方法(LE
‑
MCS)。本专利技术在V
‑
MCS切换算法的基础上，考虑了时变衰落信道对数据传输的影响，同时结合最大似然估计方法和LSTM网络(长短期记忆神经网络)来匹配发射端的参考SNR和降低系统发射端获取SNR的时延，可以在提升系统传输效率和吞吐量的同时降低系统的误码率。本专利技术采用的技术手段如下：
[0010]一种基于似然估计修正信噪比的编码调制切换方法，包括如下步骤：
[0011]获取通信链路建立连接的信道信噪比，将其作为长短期记忆网络的输入，通过长短期记忆网络的训练，输出链路通信期间的任意时刻的信噪比；
[0012]根据信道的信噪比的概率特性，采用最大似然估计算法求解误差系数，所述误差系数用于表示参考信噪比和判决门限之间的误差对编码调制切换的影响；
[0013]基于求解的误差系数求解改进后的参考信噪比，基于改进后的参考信噪比，根据编码和调制方式的不同将输出的链路通信期间的信噪比划分为不同的区间，系统根据每个区间对应的编码调制策略进行相应的编码调制。
[0014]进一步地，根据卫星和通信信道的信道模型获取通信链路建立连接的信道信噪比，通信链路的SNR计算公式为：
[0015]γ
SNR
＝P
t
+G
t
+G
r
‑
L
p
‑
L
f
‑
A
g
‑
k
bB
T
e
ꢀꢀꢀ
(2)
[0016]其中L
p
是降雨衰减，L
f
是自由空间传播损耗,A
g
是大气吸收损耗，k
b
是玻尔兹曼常数，T
e
是噪声温度，B是信道带宽，P
t
表示通信系统的发射功率，G
t
和G
r
分别是系统发射端和接收端的天线增益。
[0017]进一步地，长短期记忆网络对遗忘门、输入门、单元状态、输出门以及单元输出的定义分别如下式(4)
‑
(8)所示：
[0018]F
t
＝σ(W
F
[Y
t
‑1,X
t
]+B
F
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0019]I
t
＝σ(W
I
[Y
t
‑1,X
t
]+B
I
)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0020][0021]O
t
＝σ(W
o
[Y
t
‑1,X
t
]+B
O
)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0022]Y
t
＝O
t
·
tan(C
t
)
[0023]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0024]其中，X表示输入数据，Y表示输出，C表示记忆单元值，
·
表示矩阵元素相乘，σ为sigmoid函数，LTSM首先进行前向传播并计算上述式子的五个向量值，然后反向传播计算每个预测神经元的误差项，最后根据误差项计算出新的权重参数。
[0025]进一步地，参考的SNR为γ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于似然估计修正信噪比的编码调制切换方法，其特征在于，包括如下步骤：获取通信链路建立连接的信道信噪比，将其作为长短期记忆网络的输入，通过长短期记忆网络的训练，输出链路通信期间的任意时刻的信噪比；根据信道的信噪比的概率特性，采用最大似然估计算法求解误差系数，所述误差系数用于表示参考信噪比和判决门限之间的误差对编码调制切换的影响；基于求解的误差系数求解改进后的参考信噪比，基于改进后的参考信噪比，根据编码和调制方式的不同将输出的链路通信期间的信噪比划分为不同的区间，系统根据每个区间对应的编码调制策略进行相应的编码调制。2.根据权利要求1所述的基于似然估计修正信噪比的编码调制切换方法，其特征在于，根据卫星和通信信道的信道模型获取通信链路建立连接的信道信噪比，通信链路的SNR计算公式为：γ
SNR
＝P
t
+G
t
+G
r
‑
L
p
‑
L
f
‑
A
g
‑
k
bB
T
e
ꢀꢀꢀ
(2)其中L
p
是降雨衰减，A
g
是大气吸收损耗，k
b
是玻尔兹曼常数，T
e
是噪声温度，B是信道带宽，P
t
表示通信系统的发射功率，G
t
和G
r
分别是系统发射端和接收端的天线增益。3.根据权利要求1所述的基于似然估计修正信噪比的编码调制切换方法，其特征在于，长短期记忆网络对遗忘门、输入门、单元状态、输出门以及单元输出的定义分别如下式(4)
‑
(8)所示：F
t
＝σ(W
F
[Y
t
‑1,X
t
]+B
F
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆利，王美恩，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：