1.一种利用回声状态网络预测混沌基带无线通信解码阈值的方法,其特征在于,按照以下步骤实施:
步骤1、确定回声状态网络参数;
步骤2、对储备池状态进行初始化;
步骤3、进行输出权值的训练;
步骤4、预测当前符号的解码阈值;
步骤5、符号解码,
当过采样率为Ns时,最大信噪比点为该符号对应的第 个采样点,根据最大信噪比点的值及以下解码规则公式(7)解码符号sn,表达式如下:至此,完成直接使用预测阈值的符号sn的解码;
步骤6:如果n<LF,LF为一个数据帧的总长度,转向步骤4;
步骤7:令Fr=Fr+1,n0=0,nmax=nt,r(n0)=r(n),如果Fr<NF,NF为传输总帧数,转向步骤3,继续解码后续更多帧的符号信息;否则,结束完成所有解码。
2.根据权利要求1所述的利用回声状态网络预测混沌基带无线通信解码阈值的方法,其特征在于,所述的步骤1的具体过程是,回声状态网络由输入层、动态储备池和输出层组成,输入神经元个数为K,输入向量为uT
(t)=(u1(t),…,uK(t)) ,上标T表示向量转置;动态储备池内神经元个数为N,状态向量为rT T
(t)=(r1(t),…,rN(t)) ;输出神经元个数为Q,输出向量为v(t)=(v1(t),…,vQ(t)) ;输入N×K
到储备池的连接权值矩阵为Win∈R ,表示N行K列实数矩阵,动态储备池内部神经元的连N×N N×Q
接权值矩阵为稀疏矩阵W∈R ,输出单元到储备池的反馈权值矩阵Wfb∈R ,三者均为随机产生,取值在[‑1,1]上均匀分布,训练过程中不再改变,其中,稀疏矩阵W的谱半径,ρ(W)<1是保证网络回声状态属性的条件,为保证储备池的多样化,储备池内神经元间的连接稀Q×(K+N)
疏度SD取值在1%‑5%之间变化;储备池到输出单元的连接权值矩阵为Wout∈R ,是网络唯一需要训练的连接权值矩阵。
3.根据权利要求2所述的利用回声状态网络预测混沌基带无线通信解码阈值的方法,其特征在于,所述的步骤2的具体过程是,在混沌基带无线通信系统中,将训练数据作为帧头数据与信息数据共同组成数据帧发送,假设训练数据比特数为nt,数据帧计数为Fr,初始值Fr=1,状态向量r的初值为r(0)=0,为避免不同的r初值对输出权值矩阵Wout的影响,需要在发送数据的第一帧训练样本前面插入n0个随机生成的符号位,得到第一帧对应的全部训练样本u(n)(n=1,…,n0,…,nmax);
训练数据的期望解码阈值θ(n)(n=1,…,n0,…,nmax)根据公式(1)计算得到,表达式如下:
其中,n=1,…,n0,…,nmax, 表示由过去3位符号引起的码间干扰,表示由未来3位符号引起的码间干扰,L代表多径数,根据混沌特性Il,i由公式(2)计算得到,表达式如下:
其中,αl和τl均为信道参数,ω和β均为混沌成型滤波器参数,且满足ω=2πf,β=fln2,f为基频;信道参数采用传统信道辨识方法得到,将用于初始化的前n0个样本依次输入网络,根据公式(3)更新状态,表达式如下:r(n+1)=tanh(Winu(n+1)+Wr(n)+Wfbθ(n)), (3)其中,n=0,…,n0‑1,直到得到状态向量r(n0),即完成储备池状态的初始化工作。
4.根据权利要求3所述的利用回声状态网络预测混沌基带无线通信解码阈值的方法,其特征在于,所述的步骤3的具体过程是,继续将训练样本u(n+1)(n=n0,…,nmax‑1)依次输入网络,结合阈值θ(n)(n=n0,…,nmax‑1)根据状态更新公式(1),依次获得状态向量r(n0+1),…,r(nmax),对应阈值θ(n0+
1),…,θ(nmax)由公式(1)、公式(2)计算得到为网络目标输出;
设R和T分别为状态矩阵和目标输出矩阵,将输入向量u(n)和状态向量r(n)(n=n0+
1,…,nmax),重新定义一个组合矩阵 将对应的目标阈值θ(n)放Q
入T中,得到 代入公式(4),计算权值Wout∈C×(K+N)
,表达式如下:
T T ‑1
Wout=TR(RR+λrI) , (4)其中,I是对应的单位矩阵,λr是小于1的正则项系数,至此,完成一个数据帧解码所需的输出权值Wout的训练,并保存状态向量r(nmax)的值,此时n=nmax。
5.根据权利要求4所述的利用回声状态网络预测混沌基带无线通信解码阈值的方法,其特征在于,所述的步骤4的具体过程是,令n=n+1,将训练得到的ESN用于解码阈值的预测,将当前输入向量u(n)、结合状态向量r(n‑1)和解码阈值θ(n‑1)或 根据公式(5)更新得到新的状态向量r(n),表达式如下:
r(n)=tanh(Winu(n)+Wr(n‑1)+Wfbθ(n‑1)), (5)由r(n),u(n)和训练所得的输出权值Wout,根据公式(6)预测符号sn的解码阈值,表达式如下:
预测得到符号sn的解码阈值 并保存r(n), 的值。