一种基于维特比网络的OTFS系统信号检测方法技术方案

技术编号:35482464 阅读:22 留言:0更新日期:2022-11-05 16:34
本发明专利技术提供了一种基于维特比网络的OTFS系统信号检测方法,涉及通信技术领域,包括如下步骤:对发送符号S

【技术实现步骤摘要】
一种基于维特比网络的OTFS系统信号检测方法


[0001]本专利技术涉及通信
,尤其涉及一种基于维特比网络的OTFS系统信号检测方法。

技术介绍

[0002]无人机、卫星、高速铁路等高移动性场景下的无线通信系统已成为6G通信的重要要求之一。然而,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)不适合高移动性场景,因为高的多普勒扩展会破坏OFDM系统中子载波的正交性。
[0003]最近,正交时频空时(OTFS)调制技术被提出用于解决终端高速移动时无线信道剧烈变化带来的信号处理问题。在高移动性场景中,OTFS系统将时频(Time Frequency,TF)域中的快速变化信道转换为时延多普勒(Delay Doppler,DD)域中相对稳定的信道,DD域中的信道稀疏而紧凑,因此更容易估计。
[0004]为了充分发挥OTFS系统的优势,信号检测方案至关重要。然而,现有的OTFS检测方案的实现通常依赖于对信道模型参数的完全了解,需要信道状态信息(CSI)来进行信号检测检测方案的实施。现实系统是非线性的,有许多缺陷,这使得信道模型只能近似描述。如采用非线性激励函数ReLU函数作为系统的激活函数,其实就是一个取最大值函数,并不是全区间可导的,表达能力较弱,无法真正意义上拟合所有函数,对信道模型只能近似描述。对于未来的无线网络,建立一个既准确又可解的数学模型可能是不切实际的。更糟糕的是,在水下无线光通信(UnderwaterWireless Optical Communications,UWOC)和分子通信等“高移动性场景”中,具体的如高铁无线通信、车联网、无人机通信这些都算在内,目前都还没有统一的、可分析处理的通道模型。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于维特比网络的OTFS系统信号检测方法,目的是为了解决现有技术中存在的缺点。
[0006]为了实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:一种基于维特比网络的OTFS系统信号检测方法,包括:
[0007]对发送符号S
J
进行OTFS调制,并对通过无线信道后的OTFS调制信号进行OTFS解调,得到接收符号Y
J

[0008]当接收符号Y
J
=y[j]时,Y
J
通过有限混合模型概率密度估计与维特比网络计算对数似然c
j
(s[j]);
[0009]对得到本轮最小对数似然的过程进行遍历,获得最终第j轮的对数似然并根据最终第j轮的对数似然恢复发送符号S
J

[0010]所述对得到本轮最小对数似然的过程进行遍历包括如下步骤:
[0011]对获得的所述对数似然c
j
(s[j])进行更新路径损耗,并获取最小的对数似然
[0012]对所述第j轮得到的对数似然与前j

1轮得到的叠加,获取前j轮的对数似然
[0013]所述维特比网络将激活函数ReLU替换为Softplus。
[0014]优选的,所述Y
J
通过有限混合模型概率密度估计与维特比网络计算得到对数似然c
j
(s[j]),具体包括以下步骤:
[0015]根据贝叶斯公式:
[0016][0017]将所述对数似然c
j
(s[j])拆分为两部分p
Y[j](y[j])与p
S[j]|Y[j](s[j]|y[j]);
[0018]通过有限混合模型概率密度估计得到p
Y[j](y[j]);
[0019]通过维特比网络计算得到给定Y[j]=y[j]时S[j]=s[j]的条件分布p
S[j]|Y[j](s[j]|y[j]);
[0020]将p
Y[j](y[j])与p
S[j]|Y[j](s[j]|y[j])带入贝叶斯公式得到对数似然p
Y[j]|S[j](y[j]|s[j],即c
j
(s[j])。
[0021]优选的,所述维特比网络对接收符号Y
J
进行处理,所述处理的过程包括:
[0022]对输入的接收符号Y
J
通过LSTM模块进行逐个符号检测;
[0023]对符号检测后的特征通过两个全连接层FC+Softplus层与FC层进行提取;
[0024]对全部特征提取后通过Softmax层和分类层Classification进行输入符号的分类。
[0025]优选的,在第一个所述全连接层FC+Softplus层中,使用Softplus函数作为激活功能来取代ReLU,所述Softplus函数表达式如下:
[0026]Softplus(x)=log(1+e
x
)。
[0027]优选的,所述获得最终第j轮的对数似然的具体方法如下:
[0028][0029]其中,是前j

1轮迭代的总路径损耗。
[0030]优选的,将所述最终第j轮的对数似然带入中,恢复发送符号S
J

[0031]优选的,还包括对维特比网络进行离线训练,其包括如下步骤:
[0032]向维特比网络输入接收符号Y
J

[0033]对传输信号S
J
进行分类,作为维特比网络的标签;
[0034]根据接收符号Y
J
与分类后的传输信号S
J
优化维特比网络中的参数。
[0035]优选的,对所述传输信号S
J
进行分类的步骤如下::
[0036]将所述传输信号S
J
重塑为具有交错列的矩阵;
[0037]对每组矩阵的符号组合成单独的类别。
[0038]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果:
[0039]1、本专利技术将维特比网络应用于OTFS系统的信号检测,通过用神经网络代替维特比算法中需要信道状态信息的对数似然计算模块,本专利技术基于维特比网络的OTFS信号检测方案可在不需要CSI的情况下获得良好的检测性能。
[0040]2、本专利技术神经网络仅用于估计对数似然,因此所提出的基于维特比网络的方案只需要较小的神经网络和少量的训练数据。
[0041]3、本专利技术对多普勒频移具有较强的鲁棒性。
[0042]4、本专利技术采用softplus函数代替广泛使用的ReLU作为激活函数,softplus函数解决了ReLu函数存在的消失梯度问题,从而可以更好地训练模型。
附图说明
[0043]图1为本专利技术提供的基于维特比网络的OTFS检测基本原理图。
[0044]图2为本专利技术提供的对数似然计算基本原理图。
具体实施方式
[0045]下面结合附图,对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于维特比网络的OTFS系统信号检测方法,其特征在于,包括如下步骤:对发送符号S
J
进行OTFS调制,并对通过无线信道后的OTFS调制信号进行OTFS解调,得到接收符号Y
J
;当接收符号Y
J
=y[j]时,Y
J
通过有限混合模型概率密度估计与维特比网络计算得到对数似然c
j
(s[j]);对得到本轮最小对数似然的过程进行遍历,获得最终第j轮的对数似然并根据最终第j轮的对数似然恢复发送符号S
J
;所述对得到本轮最小对数似然的过程进行遍历包括如下步骤:对获得的所述对数似然c
j
(s[j])进行更新路径损耗,并获取其中本轮最小对数似然对所述第j轮对数似然与第j

1轮迭代得到的对数似然进行叠加,获取前j轮的对数似然所述维特比网络将激活函数ReLU替换为Softplus。2.如权利要求1所述的一种基于维特比网络的OTFS系统信号检测方法,其特征在于,所述Y
J
通过有限混合模型概率密度估计与维特比网络计算得到对数似然c
j
(s[j]),具体包括以下步骤:根据贝叶斯公式:将所述对数似然c
j
(s[j])拆分为两部分p
Y[j]
(y[j])与p
S[j]|Y[j]
(s[j]|y[j]);通过有限混合模型概率密度估计得到p
Y[j]
(y[j]);通过维特比网络计算得到给定Y[j]=y[j]时S[j]=s[j]的条件分布p
S[j]|Y[j]
(s[j]|y[j]);将p
Y[j]
(y[j])与p
S[j]|Y[j]
(s[j]|y[j])带入贝叶斯公式得到对数似然p
Y[j]|S[j]
(y[j...

【专利技术属性】
技术研发人员:巩译王健宇孟繁轲李青宇袁伟杰
申请(专利权)人:北京信息科技大学
类型:发明
国别省市:

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