【文献学习】2 Power of Deep Learning for Channel Estimation and Signal Detection in OFDM

简介: 研究成果是:如果有足够的导频,则深度学习模型可以获得与传统方法相当的性能,但是在有限的导频、去除CP和非线性噪声下,深度学习模型更优。

1 介绍

直接用全连接层构成的神经实现了传统的OFDM通信系统中的接收机。接收机部分包括信道估计和信号检测两个部分。将OFDM接收机视为完全的黑匣子。这个神经网络叫做FC-DNN。这一点是区别于另一片论文ComNet Combination of Deep Learning andExpert Knowledge in OFDM Receivers.pdf中的ComNet设计的。ComNet是把信道估计和信号检测分开用神经网络去计算,算是对FC-DNN的改进。性能的确所有提高。
研究成果是:如果有足够的导频,则深度学习模型可以获得与传统方法相当的性能,但是在有限的导频、去除CP和非线性噪声下,深度学习模型更优。

2 方法

DNN模型将接收到的数据(由一个导频块和一个数据块组成)作为输入,并以端到端的方式恢复传输的数据

3 模型

每层中的神经元数量分别为256、500、250、120、16。 输入数量对应于包含导频并发送的2个OFDM块的实部和虚部的数量,基于独立训练的单个模型对传输数据的每16位进行分组和预测,然后将其串联起来作为最终输出。 Relu函数在大多数层中都用作激活函数,除了在最后一层中,使用Sigmoid函数将输出映射到间隔[0,1]。

1.png

4 模型参数

(1)OFDM系统
子载波:64
CP长度:16
调制方式:QPSK
信道均衡方法:MMSE和LS(对比实验)
导频数量:64
(2)无线信道
遵循无线世界倡议的新无线电模型(WINNER II)
载波频率为2.6 GHz
路径数为24
使用最大延迟为16个采样周期的典型城市信道
(3)网络模型参数
神经元数量分别为256、500、250、120、16

5 实验分析

在以下实验中,在使用更少的训练导频,省略CP或存在非线性削波噪声的情况下,基于深度学习的方法被证明比LS和MMSE更健壮。

5.1 导频的分析

在导频数量为64时,LS效果最差,MMSE和深度学习效果相似且都比LS效果好
在导频为8,SNR= 10db时,LS和MMSE效果都趋于饱和,但是深度学习模型还能降低误码率,说明了深度学习模型具有鲁棒性

2.png

5.2 CP的分析

去除CP后,LS和MMSE在信噪比大于15db后就趋于饱和,但是深度学习模型还能降低误码率

3.png

5.3 削波和滤波失真的分析

当削波比=1(CR=1),SNR超过15 dB时,深度学习方法要优于MMSE方法,这证明了深度学习方法是对非线性削波噪声更鲁棒.

4.png

5.4 综合所有条件分析

在8个导频,去除CP,有削波噪声的条件下,深度学习模型更优秀。

5.png

5.5 不同信道分析

在不同的信道中,即使最大延迟和路径数不同,不会影响深度学习的模型预测误码率。

6.png

6 疑问和反思

该模型的原理当输入数量对应于包含导频并发送的2个OFDM块的实部和虚部的数据,基于独立训练的单个模型对传输数据的每16位进行分组和预测,然后将其串联起来作为最终输出。
疑问1 :是如何实现的分组和串联?
疑问2:如何一次发送2个OFDM ?
以上两个问题都需要阅读源码去解决

7 论文源码下载

1、原作者项目源码
2、简化版源码
3、简化版源码来源博士大佬的文章

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