1.一种基于深度学习的无线紫外光散射信道估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,无线紫外光散射信道建模:首先打开仿真环境,构造出大气环境下的无线紫外光非直视单次散射信道模型,然后添加噪声和失真条件;
步骤2,离线训练:随机产生发送序列,设置导频信号,获取大量的信道训练数据,通过训练深度神经网络模型,得到接收数据和信道响应的映射关系f(y,H);
步骤3,在线信道估计:使用训练好的深度神经网络进行信道估计,将训练好的信道参数发送到接收端,然后将接收数据输入到深度神经网络中,输出最优的信道脉冲响应,从而实现信道估计。
2.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的无线紫外光散射信道估计方法,其特征在于,所述步骤1首先对无线紫外光单次散射进行建模仿真,形成无线紫外光非直视单次散射信道模型,在短距离的通信情况下,紫外光信号在大气信道传输过程中只受到一次散射就被接收端接收,非直视通信方式选用NLOS(c)类模式,即收发仰角均为不定值但小于90度,考虑晴天时的大气散射,由于空气中的气溶胶浓度较低,大气分子主要发生瑞利散射,瑞利散射系数由下式表示:
式中n(λ)为大气折射率, NA为大气粒子浓度,l(x)为粒子的有效平均直径,一般取l(x)=0.035;
无线紫外光非直视单次散射信道模型发送端光源采用紫外LED,接收端光电检测器采用光电倍增管,所述步骤1的具体做法为:步骤1.1,根据无线紫外光非直视单次散射信道模型计算接收端的总能量,然后求出路径损耗,通过不断增加发送信号的样本数量,得到足够的路径损耗数据,进而拟合出路径损耗函数表达式;使用微元法求体积分计算得到接收端的总能量,取体积元δV,根据散射理论,体积元接收到的能量为:
式中,ET和ER分别表示发射能量和接收能量,P(μ)为散射相函数,kS和ke分别表示大气瑞利散射系数和吸收系数,Ar为接收孔面积,Ω为发射端光束立体角,φ为接收端和δV的连线与接收视场角轴线的夹角,建立椭球坐标系,公共散射体V的下界为Φ1,上界为Φ2,r1为发送端到公共散射体V的距离,r2为接收端到公共散射体V的距离,经过转换微元积分然后在整个椭球面上积分,可以得到单次散射接收端的总能量近似为:式中,βT和βR分别为发送端和接收端的仰角,θT为光束发散角的半角,θS为散射角;
步骤1.2,分析无线紫外光非直视信道的脉冲响应,发送端发送一个脉冲信号,通过步骤1.1得到的接收端能量计算出接收信号,即信道脉冲响应,然后进行近似和化简,即信道脉冲响应函数近似表达式为:
式中,θR接收视场角的半角;
步骤1.3,无线紫外光非直视单次散射信道模型仿真参数选择为:信道为瑞利散射信道,发送端仰角θT为60度,接收端仰角θR为60度,光束发散角的半角为20度,接收视场角的半角为20度,最大数据传输速率Rb为1.5Mbps,通信距离d为100m。
3.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的无线紫外光散射信道估计方法,其特征在于,所述步骤2中神经网络模型选用深度神经网络,深度神经网络输入为传输信号数据和导频处的信道参数,输出为高精度的信道参数,步骤2的具体做法为:步骤2.1,首先需要获取大量的信道训练数据,发送端随机产生传输信号,经过预处理操作生成信号序列,设置导频,并让其通过步骤1构造好的无线紫外光非直视单次散射信道模型,产生足够的接收数据y(n),然后利用传统的最小二乘估计算法估计出粗略的信道响应H(n);
步骤2.2,对接收信号数据y(n)和导频处的信道相关参数H(n)进行预处理和特征处理操作,将得到的参数输入到深度神经网络中进行训练,设置初始权重为w=0,误差阈值ε=
10-7,激励函数选择sigmoid函数步骤2.3,选择梯度下降算法进行神经网络的训练,计算出训练误差,根据训练误差来调整输入权重和偏置的二次函数,分别对权重和偏置求偏导,获得梯度向量,沿着此梯度方向就是训练误差增加最快的方向,在这个方向上找出训练误差函数的最小值;
步骤2.4,判断深度神经网络模型的合理性,根据设置好的阈值进行判断,如果训练误差结果大于阈值,则迭代回上一步继续进行训练;如果训练误差结果小于阈值,则停止训练,更新每个神经元的权重w;
步骤2.5,最终获取到接收数据y(n)和信道响应的映射关系f(y,H)。
4.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的无线紫外光散射信道估计方法,其特征在于,所述步骤3的具体做法为:
步骤3.1,导入步骤2中已经训练好的深度神经网络;
步骤3.2,发送端发射需要传输的信号,通过无线紫外光非直视单次散射信道模型,产生接收数据y(n);
步骤3.3,将接收数据y(n)输入到深度神经网络中,进行在线信道估计操作,最终获取到最优估计的信道响应 从而完成信道估计。