本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別是指一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法。

背景技術(shù)：

1、正交頻分復(fù)用(orthogonal?frequency?division?multiplexing，ofdm)技術(shù)因其在多徑傳輸中的魯棒性和相對較低的收發(fā)端設(shè)計復(fù)雜度，在第五代移動通信系統(tǒng)中扮演了重要角色。但ofdm技術(shù)作為一種多載波調(diào)制技術(shù)，將多個正交的子載波疊加在一起，會導(dǎo)致基站發(fā)射信號的包絡(luò)具有較大的動態(tài)波動，從而導(dǎo)致信號具有較高的峰值平均功率比。高峰均比信號通常需要經(jīng)過線性功率放大器進(jìn)行傳輸，然而線性功率放大器的價格十分昂貴且工藝要求更高，這會產(chǎn)生較高的硬件花費。而若讓高峰均比信號經(jīng)過非線性功率放大器又會產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真，由此會導(dǎo)致信號畸變，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)性能的嚴(yán)重惡化。j.tellado提出的預(yù)留子載波技術(shù)(tone?reservation,tr)可以用于降低各天線的峰均比(papr)，但其papr抑制效果不明顯且數(shù)據(jù)傳輸速率會明顯降低；jeon?h?b提出的選擇映射法的papr抑制能力有所提升，但由于在選擇映射法中每組信號都要對其進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)、ifft運算、計算與比較papr值，因此計算復(fù)雜度與候選相位的數(shù)量密切相關(guān)，候選相位的數(shù)量越多，計算復(fù)雜度越高。在實際應(yīng)用中，我們有必要綜合考慮ofdm通信系統(tǒng)的papr的抑制性能和計算復(fù)雜度，以達(dá)到兩者平衡。

2、因此，亟需尋找一種在不損失傳輸速率的前提下，既能夠有效降低papr，又能控制計算復(fù)雜度，并避免脈沖形狀單一缺陷的通信系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提出一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，在不影響傳輸速率和誤碼率的前提下，降低發(fā)射端的papr，且可實現(xiàn)脈沖成型的靈活配置，以靈活地支撐不同的通信場景。

2、本發(fā)明通過一下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，包括如下步驟：

4、步驟s1、搭建端到端的ofdm通信系統(tǒng)模型，該通信系統(tǒng)模型包括發(fā)射機(jī)、信道和接收機(jī)，發(fā)射機(jī)包括依次連接的星座調(diào)制模塊、s/p模塊和發(fā)射端ps模塊，發(fā)射端ps模塊由發(fā)射dnn實現(xiàn)，發(fā)射dnn包括與s/p模塊連接的發(fā)射輸入層、以及發(fā)射輸出層，發(fā)射輸出層由n個并行的ps濾波器形成，發(fā)射端ps模塊輸出時域發(fā)射信號si＝(gtx⊙fh)xi，si為第i個時域發(fā)射信號主值序列，xi表示第i個頻域信號向量，為n個子載波分別對應(yīng)的n個ps濾波器的堆疊，f表示傅里葉變換矩陣，(·)h表示共軛轉(zhuǎn)置，⊙表示哈達(dá)瑪積；

5、信道為多徑衰落信道；

6、接收機(jī)包括依次連接的均衡模塊和解調(diào)映射模塊，均衡模塊將經(jīng)過信道得到的時域接收信號以及時域的信道作fft，并將fft得到的兩頻域信息進(jìn)行對應(yīng)點除以得到均衡后的頻域信息，解調(diào)映射模塊由解調(diào)dnn實現(xiàn)，解調(diào)dnn包括與均衡模塊連接的解調(diào)輸入層、以及解調(diào)輸出層，解調(diào)輸出層為n個子載波上的softmax輸出拼接而成，以輸出最終解調(diào)的比特值；

7、步驟s2、以聯(lián)合損失函數(shù)l＝α1l1+α2l2對由發(fā)射機(jī)、信道和接收機(jī)構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合訓(xùn)練，其中，α1表示發(fā)射機(jī)損失函數(shù)比例，α2表示接收機(jī)損失函數(shù)比例，s(n)為si的第n個元素，表示第k個子載波上符號解調(diào)的概率，且m為調(diào)制階數(shù)，pk,1,...,pk,m表示標(biāo)簽采用的獨熱編碼，其取值范圍為{0，1}，為期望函數(shù)。

8、進(jìn)一步的，所述發(fā)射dnn還包括由一層n個神經(jīng)元、第一dropout層、一層2n個神經(jīng)元、第二dropout層、一層2n個神經(jīng)元和功率歸一化層組成的發(fā)射隱藏層。

9、進(jìn)一步的，所述解調(diào)dnn還包括由一層2n個神經(jīng)元、一層4n個神經(jīng)元、一層8n個神經(jīng)元和一層2n個神經(jīng)元組成的解調(diào)隱藏層，解調(diào)隱藏層的第一層與最后一層使用跳躍連接。

10、進(jìn)一步的，所述發(fā)射dnn和解調(diào)dnn的輸入數(shù)據(jù)需要經(jīng)過預(yù)處理，預(yù)處理包括對各原始數(shù)據(jù)的實部和虛部進(jìn)行拆分，并將各原始數(shù)據(jù)的實部排序形成實部數(shù)據(jù)塊，將各原始數(shù)據(jù)的虛部排序形成虛部數(shù)據(jù)塊。

11、進(jìn)一步的，所述步驟s1中，所述發(fā)射端ps模塊在得到信號si＝(gtx⊙fh)xi后，在該信號加上循環(huán)前綴以對抗頻率選擇性衰落。

12、進(jìn)一步的，所述第一dropout層和第二dropout層的神經(jīng)元比例參數(shù)設(shè)置為0.5。

13、進(jìn)一步的，所述步驟s2具體包括：

14、步驟s21、獲取106組數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)集，將數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集和驗證集，選擇聯(lián)合損失函數(shù)l＝α1l1+α2l2，設(shè)定超參數(shù)；

15、步驟s22、正向傳播訓(xùn)練，計算聯(lián)合損失函數(shù)，并選擇合適梯度下降算法完成反向傳播，參數(shù)更新，直到訓(xùn)練結(jié)束；

16、步驟s23、統(tǒng)計損失曲線和準(zhǔn)確率擬合曲線，同時注意訓(xùn)練時間，如果不收斂，調(diào)整超參數(shù)，返回步驟s21，如果收斂則進(jìn)入步驟s24；

17、步驟s24、獲取105組數(shù)據(jù)作為測試集，輸入測試集，通過統(tǒng)計測試集中的papr和ber來測試性能。

18、進(jìn)一步的，所述聯(lián)合損失函數(shù)中，α1:α2＝0.01:3。

19、進(jìn)一步的，所述多徑衰落信道表示為其中，τ表示最大時延徑數(shù)，δ(·)表示離散沖激響應(yīng)，ap為第p個時延徑的復(fù)基帶信道系數(shù)，τp表示第p個時延徑的時延。

20、由上述對本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

21、1、本發(fā)明的發(fā)射端ps模塊的發(fā)射dnn、信道和接收端的解調(diào)dnn構(gòu)成編碼器，在傳統(tǒng)ofdm系統(tǒng)框架內(nèi)引入一種精妙的脈沖成型機(jī)制，從而優(yōu)化傳輸波形降低發(fā)射信號papr，以聯(lián)合損失函數(shù)對發(fā)射dnn和解調(diào)dnn進(jìn)行聯(lián)合訓(xùn)練，以同時達(dá)到抑制發(fā)射信號papr和防止系統(tǒng)誤碼率惡化的目的，從而實現(xiàn)在不影響傳輸速率和誤碼率的前提下，達(dá)到降低papr與控制計算復(fù)雜度的平衡，且可實現(xiàn)脈沖成型的靈活配置，避免脈沖形狀單一缺陷，以靈活地支撐不同的通信場景。

22、2、本發(fā)明對發(fā)射dnn和解調(diào)dnn的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)不影響傳輸速率的前提下，性能更好。

技術(shù)特征：

1.一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：所述發(fā)射dnn還包括由一層n個神經(jīng)元、第一dropout層、一層2n個神經(jīng)元、第二dropout層、一層2n個神經(jīng)元和功率歸一化層組成的發(fā)射隱藏層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：所述解調(diào)dnn還包括由一層2n個神經(jīng)元、一層4n個神經(jīng)元、一層8n個神經(jīng)元和一層2n個神經(jīng)元組成的解調(diào)隱藏層，解調(diào)隱藏層的第一層與最后一層使用跳躍連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：所述發(fā)射dnn和解調(diào)dnn的輸入數(shù)據(jù)需要經(jīng)過預(yù)處理，預(yù)處理包括對各原始數(shù)據(jù)的實部和虛部進(jìn)行拆分，并將各原始數(shù)據(jù)的實部排序形成實部數(shù)據(jù)塊，將各原始數(shù)據(jù)的虛部排序形成虛部數(shù)據(jù)塊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：所述步驟s1中，所述發(fā)射端ps模塊在得到信號si＝(gtx⊙fh)xi后，在該信號加上循環(huán)前綴以對抗頻率選擇性衰落。

6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：所述第一dropout層和第二dropout層的神經(jīng)元比例參數(shù)設(shè)置為0.5。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：所述步驟s2具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：所述聯(lián)合損失函數(shù)中，α1:α2＝0.01:3。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的papr抑制算法，其特征在于：所述多徑衰落信道表示為其中，τ表示最大時延徑數(shù)，δ(·)表示離散沖激響應(yīng)，ap為第p個時延徑的復(fù)基帶信道系數(shù)，τp表示第p個時延徑的時延。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于脈沖成型調(diào)制實現(xiàn)的PAPR抑制算法，屬于通信領(lǐng)域，包括：搭建端到端的OFDM通信系統(tǒng)模型，該通信系統(tǒng)模型包括發(fā)射機(jī)、信道和接收機(jī)，發(fā)射端PS模塊由發(fā)射DNN實現(xiàn)，發(fā)射DNN包括與S/P模塊連接的發(fā)射輸入層、以及發(fā)射輸出層；信道為多徑衰落信道；接收機(jī)包括依次連接的均衡模塊和解調(diào)映射模塊；步驟S2、以聯(lián)合損失函數(shù)L＝α<subgt;1</subgt;L<subgt;1</subgt;+α<subgt;2</subgt;L<subgt;2</subgt;對由發(fā)射機(jī)、信道和接收機(jī)構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合訓(xùn)練。本發(fā)明在不影響傳輸速率和誤碼率的前提下，能夠降低發(fā)射端的PAPR，且可實現(xiàn)脈沖成型的靈活配置，以靈活地支撐不同的通信場景。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭重,張淅,費澤松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10