引用本文:
林铸,王旭东,吴楠. 基于自编码器的多脉冲位置调制实现[J]. 光通信技术,2022,46(2):28-34.
林 铸,王旭东*,吴 楠
(大连海事大学 信息科学与技术学院,辽宁 大连116000)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对应用于可见光通信的多脉冲位置调制(MPPM)方式的性能优化问题,提出了一种基于自编码器模型的MPPM传输设计方案。该方案分别利用全连接网络(DNN)和卷积神经网络(CNN)搭建自编码器模型,编码器端通过采用多阶段训练策略和自定义损失函数调控,实现了MPPM信源符号的生成;解码器端通过全连接层或一维卷积层构建的网络完成信道和MPPM信号特征学习等功能。仿真结果表明:基于自编码器的MPPM传输系统的误码性能可以达到且略优于传统最大似然序列检测性能。
关键词:多脉冲位置调制;深度学习;自编码器;可见光通信
中图分类号:TN929 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2022)02-0028-07
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.02.006
0 引言
多脉冲位置调制(MPPM)作为一种改进的数字脉冲调制方式,具有良好的功率效率和频谱效率,在光无线通信领域得到了广泛研究[1-3]。近年来的一些研究工作,例如MPPM在复杂信道下的判决方式及性能分析[4]、针对MPPM衍生的调制方式性能研究[5]以及基于MPPM的混合调制技术[6]等,都是为了探究一种高效、可靠的调制与接收方案。
深度学习作为新兴的神经网络算法,其多样的网络结构和强大的问题解决能力,引发了不同领域学者研究的热潮。在通信领域,研究人员证实了深度学习应用于通信物理层的可能性[7-8],并通过将传统通信系统建模为自编码器(AE)模型,结合神经网络层的数据处理特点,提出了针对不同通信问题的自编码器解决方案,如信道编码[9]、数据同步[10]和信道建模[11]等。此外,为了提升AE在通信领域的性能,学者们也探讨了网络在端到端系统实现过程中的过拟合问题[12]及其结构优化和应用问题[13]。上述研究结果还进一步表明,卷积神经网络(CNN)因其较强的特征提取能力和泛化性能,应用在通信系统中可以更好地提升系统的数据处理能力,改善系统的可靠性。
可见光通信(VLC)作为目前光无线通信的热点之一,有学者将深度学习应用于VLC技术中[14-16]。文献[14]在VLC系统模型下通过全连接神经网络(DNN)构建了AE网络,学习了进行正交振幅调制/解调的方法。针对VLC调光功能,文献[15]提出了一种多阶段训练策略使得AE编码输出端能够二值化输出,进而实现了光脉冲的强度控制。文献[16]借助了竞争性神经网络的思想,实现了光脉冲的控制。
针对MPPM技术优化的问题,本文提出一种基于AE的MPPM传输方案(下文简称“AE-MPPM”),设计基于DNN和CNN的AE-MPPM系统网络结构。
3 结束语
针对MPPM的性能优化问题,本文提出了一种基于AE模型的MPPM传输方案。该方案分别采用CNN与DNN搭建AE模型,通过应用多阶段训练策略与自定义损失函数,使AE完成了信源MPPM符号的发送与接收。仿真结果表明:在多种仿真条件下,MPPM-AE误码性能可以达到且略优于传统最大似然序列检测性能。对比2种AE-MPPM,且综合网络的泛化性
和AE的误码性能可知,CNN-MPPM-AE要略优于DNN-MPPM-AE。基于AE模型的MPPM传输方案为通过深度学习解决VLC的高效传输问题提供了一种设计思路。