[发明专利]一种基于深度条件生成对抗网络的水下无线光通信接收机

说明书

本发明提出一种基于深度条件生成对抗网络的水下无线光通信接收机，该方案提出了一种新的DNN检测器，能够应对CSI变化的UWOC场景中的SD问题。在该方案中，提出了一种CGAN结构，用于生成具有DNN检测器训练特性的信号以辅助实现SD过程。大多数现有DNN设计的可实现系统性能仅依赖于线下训练过程，与之不同的是，本发明所提出的CGAN结构提供的CSI变化追踪功能可与线下训练后的网络相结合，实现线上信号生成，从而提供更好的SD性能。

技术领域

本发明面向水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication，UWOC)领域，设计一种基于深度条件生成对抗网络的水下无线光通信接收机。

背景技术

近年来，水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication，UWOC)凭借其丰富的光带宽，在高速无线通信中得到了越来越广泛的应用。与水声通信技术相比，水声通信技术利用声波以非常有限的带宽(kHz量级)传输信息，并且具有较大的传输延迟，UWOC技术可以在保持较低传输时延的同时，将可实现的数据速率大幅度提高到千兆每秒(Giga Bit Per Second，Gbps)[1]H.M.Oubei,J.R.Duran,B.Janjua,H.Wang,C.Tsai,Y.Chi,T.Ng,H.Kuo,J.He,M.Alouini,G.Lin,and B.S.Ooi,“4.8Gbit/s 16-QAM-OFDMtransmission based on compact 450-nm laser for underwater wireless opticalcommunication,”Opt.Exp.,vol.23,no.18,pp.23302–23309,Sept.2015。

然而，光束在UWOC信道中传输时会受到吸收(Absorption)、散射(Scattering)和湍流(Turbulence)的影响[2]C.D.Mobley,Light and water:radiative transfer innatural waters.Academic Press:San Diego,CA,USA,1994.[3]W.C.Cox,“Simulation,modeling,and design of underwater optical communication systems,”Dissertations and Theses-Gradworks,vol.34,no.9,pp.930–942,Feb.2012.。这些传输效应会对信号检测(Signal Detection，SD)产生不可忽视的负面影响。由于水下环境的复杂性和时变特性，信道状态信息(Channel State Information，CSI)估计的准确度通常不足以保证UWOC接收机的SD质量。此外，由于洋流、水压、盐度和收发机的运动等因素，CSI会随着时间和空间的改变呈现明显的差异性，现有的线下训练DNN无法解决该场景下的SD问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有的线下训练DNN方法存在无法解决该场景下SD问题的技术缺陷，提供一种基于深度条件生成对抗网络的水下无线光通信接收机，实现UWOC系统的CSI变化线上追踪、信号生成和数据恢复。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于深度条件生成对抗网络的水下无线光通信接收机，包括信号接收单元、转换单元、预处理单元；还包括CGAN结构和DNN检测器；其中：

所述信号接收单元用于检测接收信号并进行光电转换，获取时域信号；

所述转换单元用于对时域信号进行模数转换和串行到并行转换；

所述预处理单元用于转换完成的信号进行去除循环前缀和快速傅里叶变换处理，得到接收信号Y；

所述CGAN结构用于根据接收信号Y判别CSI的变化并进行转换，得到转换信号K；