[发明专利]一种利用回声状态网络预测无线通信未来信号的方法

说明书

本发明公开了一种利用回声状态网络预测无线通信未来信号的方法，步骤包括：1)回声状态网络参数选择和初始化；2)输出权重训练；3)预测未来信号和码元；4)当前符号解码阈值计算；5)迭代预测未来信号，用于解码更多符号位，采用离线训练，在后序信号预测中，训练所得输出权值W_out保持不变；预测再下一个符号，解码更多符号位。本发明的方法，简便易行，能更加有效地抵抗多径传输引起的码间干扰，降低了通信传输中的误码率，有效提高了通信性能。

技术领域

本发明属于人工智能及无线通信技术领域，涉及一种利用回声状态网络预测无线通信未来信号的方法。

背景技术

混沌由于其固有的特性，如初始条件敏感性高、宽带性、正交性、易生成性等，在通信领域有着广阔的应用前景。90年代初期，混沌在通信中的应用主要有两个方面，一种是安全通信，另一种是扩频通信。扩频通信的研究形成了一些本地网络通信标准，如IEEE802.15.6。由于混沌已成功地应用于光纤通信信道中，并获得了更高的比特率，混沌通信的研究重点也从高斯噪声的理想信道转移到约束条件复杂的实际通信信道。首先，研究已证明混沌是适用于通信应用的，如混沌信号能用非常简单的匹配滤波器，最大限度地提高信噪比。还证明了混沌信号中携带的信息经过无线信道后，即使存在严重失真，也没有被改变。另外，混沌特性能被用来抵抗多径信道引起的码间干扰(ISI)。与传统非混沌通信相比，混沌基带无线通信获得了更好的性能。

虽然混沌基带无线通信系统(CBWCS)已经获得较好的性能，但抵抗多径时仅使用了次优门限用来解码信息，在当前时刻，因传输的未来符号信息未知而无法计算对应的最优阈值。这成为了进一步提高混沌基带无线通信系统性能的障碍。因此，寻找一种方法预测未来信号已成为亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用回声状态网络预测无线通信未来信号的方法，解决现有技术混沌基带无线通信系统中，对未来符号在当前时刻无法预知的难题。

本发明所采用的技术方案是，一种利用回声状态网络预测无线通信未来信号的方法，按照以下步骤具体实施：

步骤1、回声状态网络参数选择和初始化；

步骤2、输出权值训练；

步骤3、预测未来信号和码元；

步骤4、当前符号解码阈值计算；

步骤5、迭代预测未来信号，用于解码更多符号位，

本步骤采用离线训练，在后序信号预测中，训练所得输出权值W_out保持不变；预测再下一个符号，更新ESN的神经元状态过程如下：

更新步骤1：初始化z＝1，

更新步骤2：将当前状态向量r根据公式(1)更新为r(t_m+z-1)，输入向量u更新为新的接收信号u(t_m+z)，

更新步骤3：令z＝z+1，如果z≤nbit，转向更新步骤2，

更新步骤4：保存r(t_m+nbit-1),u(t_m+nbit)的值，

令t_m＝t_m+nbit，n＝n+1，跳转至上述步骤3预测信号和码元，继续预测后续信号，解码更多符号位。

本发明的有益效果是，包括以下几个方面：

1)本发明根据过去符号信息，利用回声状态网络良好的短期记忆能力，准确地预测了未来符号信息，解决了在当前时刻无法获得未来信号的难题。并把未来符号和过去符号用于阈值的计算，相比仅用过去符号计算阈值的方法，新方法获得了更加精确的阈值，能更加有效地抵抗多径传输引起的码间干扰，降低了通信传输中的误码率，有效提高了通信性能；