引用本文:

王效兵,曹明华,夏皆平,等. BP神经网络辅助的混合调制超奈奎斯特大气光通信检测技术[J]. 光通信技术,2022,46(4):27-31.

BP神经网络辅助的混合调制超奈奎斯特大气光通信检测技术

王效兵,曹明华*,夏皆平,王惠琴,李文文,周洪涛

(兰州理工大学 计算机与通信学院,兰州730050)

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摘要:为进一步提高大气光通信系统的速率和可靠性,提出一种采用反向传播(BP)神经网络辅助检测方案以改善脉冲位置调制(PPM)和正交相移键控(QPSK)混合调制的超奈奎斯特(FTN)大气光通信系统误码率。对BP神经网络进行离线训练来提取信道特征,从而改善了系统在时变大气信道下的误码性能。仿真结果表明:与最大似然检测相比,在加速因子为0.8,误码率为10-3,滚降因子分别为0.6和0.7时,该方法的系统误码性能可依次提高2.0 dB和1.5 dB; 在加速因子为0.8,误码率为10-4,滚降因子分别为0.8和1时,系统误码性能可依次提高2.0 dB和1.8 dB。

关键词:超奈奎斯特;反向传播神经网络;混合调制;误码率

中图分类号:TN914  文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)04-0027-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.04.005

0 引言

  随着数据流量的快速增长,提升通信系统传输速率和频谱效率的技术[1-5]成为学术界关注的热点[6-7]。在大气光通信领域,超奈奎斯特(FTN)[5]技术作为一种非正交传输技术,它通过压缩发送符号的时域/频域间隔,在一个符号周期内重叠发送多个数据,从而打破了奈奎斯特脉冲波形的正交性[10],实现了在有限带宽内传输更多数据的目的,再配合高阶调制[8]和混合调制[9]等技术可以大幅提高系统的传输效率。但信号正交性的破坏会导致码间干扰(ISI)增加,使得接收端译码复杂度变高。为保证系统误码率不变,就必须投入更多的计算资源提高传输速率。另外,当大气光通信系统采用混合调制时,信号复杂度的上升会导致系统误码率下降,需要采用检测算法保障系统性能。

  随着数字信号处理能力的提升,利用神经网络补偿FTN信号性能损失的检测方案逐渐进入人们的视野。近年的研究显示反向传播(BP)神经网络在提高通信系统性能上具有巨大潜力[11],特别是在信号检测和译码算法方面,神经网络优化方案引起了广泛的关注[12-13]。本文设计一套采用脉冲位置调制(PPM)和正交相移键控(QPSK)混合调制的FTN大气光通信系统,并利用BP神经网络实现接收端的信号检测。

4 结束语

  本文将BP神经网络引入混合调制的FTN大气光通信系统,能有效提升系统误码性能。相比MLSE检测所需的匹配滤波器、均衡和判决等,BP神经网络辅助检测可替代传统接收机的整个基带部分,提高了FTN接收机的集成度。随着BP神经网络的发展和信号处理芯片技术的进步,BP神经网络技术的优势将变得越来越明显。