基于深度学习的可见光通信系统非线性抑制算法研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rui1986911
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着各种无线应用的不断涌现,无线网络对频谱资源的需求不断增多。而无线频谱资源的不足严重限制了无线网络的发展。可见光通信凭借其丰富的频谱资源、低廉的成本、超高的传播速度成为一个极具前景的无线传输技术。在可见光通信中广泛存在着由于器件非线性引起的非线性失真。而可见光通信系统通常采用的直流偏置光正交频分复用(DCO-OFDM)调制方式存在峰均功率比高的问题,信号容易进入非线性区域,产生非线性失真。当前对于非线性失真的研究主要侧重于通过减小信号的峰均功率比来缓解非线性失真。而缺乏针对可见光通信系统特性的抑制措施。对此,本文围绕可见光通信系统中的信号非线性失真这一关键问题,研究利用深度学习技术抑制传输中的非线性效应,具体涉及以下两方面。首先,本论文提出了一种基于长短时记忆网络(LSTM)的可见光通信信号线性化方法。主要思路是在具有非线性效应的可见光通信模块之前加入一个基于LSTM网络的预失真模块,使级联后的等效系统响应具有良好的线性度。一方面,利用神经网络的非线性表征能力,补偿光通信前端的非线性效应;另一方面,通过使用多级LSTM模块,抵消了光通信前端的记忆效应。该预失真方法将复杂的信号线性化功能部署在发射机侧,降低了接收机端的信号均衡的开销。同时,网络参数的训练仅针对发射机的非线性特性进行优化,无需接收机参与,能够进行离线训练,可以应用于广大的可见光通信系统。实验结果表明,相较于传统非线性抑制算法,本文所提出的基于LSTM的线性化方法能够达到更好的误符号率性能,证明了该算法的有效性。接下来,本论文提出了一种基于端到端训练的可见光通信非线性效应抑制算法。该方法在网络训练中考虑了可见光传播信道响应。在端到端训练过程中,一方面可以自适应地学习信号预处理的方法,避免了前述研究中需要预先设计理想系统响应的问题;另一方面,可以依据接收端的信号质量学习链路中记忆效应和非线性效应的补偿方法,实现对于光信号的线性化处理。本论文对神经网络结构和损失函数的进行了优化。实验结果表明,在考虑可见光多径效应的情况下,本算法相较于基于LSTM预失真网络的线性化算法以及基于自编码器(Auto-encoder)对于可见光系统非线性效应具有更好的抑制效果。通过对网络训练、信息反馈、时间复杂度、实际部署难度、非线性抑制能力等多个维度的分析表明,本论文所提出的基于端到端训练的非线性抑制算法具有较好的有效性和实用性。
其他文献
市政排水管道在城市建设中的应用逐渐增大,但由于地下空间不断开发,管道破损沉降,容易发生管道塌方、地面塌陷等严重情况。为了保障排水管道正常工作,市政工作井然有序,对排水管道进行应急检测具有重要意义。由于排水管道管径大小不一以及管内存在大量易燃易爆的有毒气体,人工下井作业十分困难,因此采用机器人下井完成管道应急检测是十分重要的。目前已有的管道检测机器人大多数只适用于新管道验收,很难适应排水管道这种恶劣
图像描述(Image Captioning)是指计算机对给定图像自动生成简洁的自然语言描述。计算机图像描述能够将图像信息转化为文本信息,从而实现信息不同模态之间的转换,在图像索引、智能教育、(盲人)视觉辅助等各方面具有广阔的应用前景。图像描述是一个多模态学习问题,不仅需要准确地识别对象、属性并捕捉到它们之间的关系,还需要考虑语法的准确性和语义的多样性,因此图像描述的实现需要结合计算机视觉、自然语言
在传统多标记学习算法中,用于训练的数据集中的每个样本被精确标注了多个相关标记,但由于近年来数据量急剧增长,精确数据集在现实情况中很难获取。现有的多标记学习算法对于不精确数据集的考虑通常是针对标记缺失的情况,然而在很多情况下数据集中的一个样本只是被大致分配了一组标记,该组标记中除相关标记以外还有一些不相关的噪声标记。为了解决多标记学习中的标记冗余问题,近年来提出了一个新的学习框架,即偏多标记学习框架
多模光纤内部不同模式的干涉会在光纤端面处形成具有复杂亮斑分布的光斑图样。由于光斑的形成与多模光纤的结构以及所处环境等具有密切联系,因此可以利用光斑的检测和处理对光纤所处状态进行传感。随着光斑图样检测技术与图像处理技术的日益发展,基于光斑的光纤传感器已经在多个领域表现出其独特的优越性,具有很高的研究价值。本文对多模光纤在不同弯曲半径下的输出光斑进行了仿真及实验研究,基于深度学习的方法,通过对多模光纤
多能谱CT(Computer Tomograph,CT)利用光子计数探测器直接将光信号转化成为数字信号,能够获得不同能量段的成像。多能谱CT可以利用K-边成像降低辐射或造影剂剂量,还可以利用多能谱特性提高软组织对比度。然而多能谱CT图像在物质浓度较低时,物质与背景很难被区分开来;当两种原子序数很接近的物质距离很近时,在成像图中会混在一起而难以区分。超分辨率图像重建旨在提高图像分辨率的同时解决物质与
相比传统的直流电机,永磁同步电机(PMSM)简化了结构,降低了成本,提高了控制性能,在高精度伺服控制领域得到了广泛应用。摩擦力矩干扰是影响永磁同步电机伺服系统精度和鲁棒性的重要因素之一。利用现代干扰补偿控制理论,设计非线性摩擦干扰控制器,补偿永磁同步电机伺服系统的非线性摩擦力矩干扰,提高伺服系统的位置和速度跟踪性能,具有重要意义。针对永磁同步电机位置伺服系统中存在的摩擦力矩干扰,本文结合分数阶控制
随着物联网技术和产业的飞速发展,催生了许多新兴的物联网应用场景,例如水下环境的信息监测、野生动物信息采集、山区道路危险预警等。现有的无线通信网络在缺少基础设施的场景下很难有效运行,而机会网络利用网络节点之间的相遇机会进行数据传输,无需基础设施,可以更好的适应这些新兴应用场景。由于无线网络节点之间搭建的临时通信网络是高度动态且部分连通的,节点之间可能不存在完整的连接路径。机会网络采用“存储-携带-转
得益于弹性按需的服务模式和允许网络广泛访问的特性,云服务在互联网上的数量呈爆炸式增长,导致云服务市场中充斥着大量功能相似但服务质量(QoS)不同的同质化云服务。在这种情况下,用户很难确保所选择的云服务能够在特定环境中满足自身的完整需求。因此,结合推荐技术,对QoS进行准确和个性化预测成为了帮助用户选择与自身匹配程度较高的云服务的必要条件。近年来,基于QoS预测的云服务推荐在服务计算领域持续引起关注
近年来,智能决策与控制技术得到了突飞猛进的发展,极大的提升了机器人应对复杂实际问题的能力,并逐渐发展为国家层面的战略。电脑鼠是一种嵌入式移动机器人,能够自主探索未知迷宫,并实现最短路径冲刺。为了在狭小复杂的迷宫中高速运行,电脑鼠对控制与决策的性能要求较高,长期处于机器人领域的研究热点。强化学习技术能够让智能体从环境中总结规律,以“试错”的方式提升决策性能,是一种重要的机器学习方法。本文针对迷宫探索
随着物联网、5G等技术的发展,每日新增的数据量呈指数式爆炸性增长,这些来自于各种新兴应用场景如远程医疗、智能汽车驾驶、智慧城市等方面的数据,对服务的URLLC(Ultra Reliable Low Latency Communication,超可靠低延迟通信)提出了更为严苛的要求。为更好的满足这些要求,移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)应运而生。而移动边缘计算中一个