引用本文:
王业恒,吴彰,赵永胜,等. 一种用于可见光通信信号调制格式识别的改进YOLOv5s算法[J]. 光通信技术,2024,48(3):18-22.
王业恒,吴 彰,赵永胜,严志远,毛瑞霞,朱宏娜*
(西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对可见光通信信号在传输中易受信道环境和背景噪声干扰等因素影响调制格式识别精度的问题,提出一种用于可见光通信信号调制格式识别的改进YOLOv5s(You Only Look Once)算法。首先,通过YOLOv5s算法网络输入端引入Mixup数据增强方式,将其与原网络中的Mosaic数据增强方式相结合,提升网络的鲁棒性,并增强算法在不同调制格式信号间的泛化能力;其次,将自适应空间特征融合(ASFF)引入到Neck网络中,充分提取不同层次的特征,提高检测精度。实验结果表明,在混合信噪比条件下,所提改进算法的平均精度均值(mAP)达到了0.903,比原始YOLOv5s算法提升了0.7%,且在信噪比为20 dB时mAP高达0.993。
关键词:可见光通信;调制格式识别;YOLOv5s;Mixup数据增强;自适应空间特征融合
中图分类号:TN911 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2024)03-0018-05
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.03.004
0 引言
近年来,人工智能(AI)技术迅速发展,深度学习作为一种强大的机器学习方法,已广泛应用于调制格式识别领域。深度神经网络能够自动提取并优化多维度特征,从而显著减少分类误差[1-3]。2019年,XIANG Q等人[4]提出了一种基于人工神经网络的联合精确信噪比(SNR)估计和调制格式识别方案。与卷积神经网络(CNN)和其它深度神经网络模型相比,该方案在识别性能上更胜一筹,同时所需计算资源更少。2020年,HE J等人[5]设计了一种通过聚类和高斯模型对信号调制格式进行分类的方法,并在正交频分复用可见光通信系统中进行了实验验证。该方法在保持100%识别精度的同时,所需的最小SNR比其它基于星座图的方法更低。2021年,LV H J等人[6]提出了一种基于信号幅值直方图的联合SNR监测和调制格式识别方法。该方法采用CNN模型,同时实现了SNR和调制格式的高精度识别。2022年,GAO W等人[7]设计了一种坐标合并算法,用于处理高维光脉冲传输数据。该算法在可见光通信系统中实现了更高的精度和更好的性能。2023年,梁坤等人[8]针对光纤网络链路中的传输需求,提出了一种基于联合残差网络和Bottleneck Transformer的光纤调制格式识别方法。该方法在较宽的SNR范围内具有较高的识别准确率,能够有效应对传输损伤的影响。
但是,上述文献提到的识别方法存在调制信号转换流程繁琐、模型性能和训练复杂程度平衡不佳的问题。因此,本文提出一种用于可见光通信信号调制格式识别的改进YOLOv5s(You Only Look Once)算法。
4 结束语
本文提出了一种用于可见光通信信号调制格式识别的改进YOLOv5s算法,识别了可见光通信系统中常用的4种调制格式。实验结果表明:在混合SNR条件下,所提改进算法的mAP高达0.903,比原始YOLOv5s算法提升了0.7%;比SSD算法、Faster R-CNN算法和YOLOv3算法分别提高了52.3%、43.1%和1%。本文方法为多类型的调制格式识别提供了可行思路。在未来工作中,可以考虑对信号时频图进行降噪处理及进一步优化网络结构,以提升识别精度。