基于原模图差分混沌移位键控的收发机译码方法及系统

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种基于原模图差分混沌移位键控的收发机译码方法及系统。

背景技术：

1、随着信息产业的普及，推动了移动互联网业务爆发式的增长。海量的业务数据给下一代无线通信网络传输速率、频谱效率以及可靠性方面带来严峻的挑战。因此针对低功耗、低成本、高效可靠的无线通信技术的研究迫在眉睫。

2、混沌理论是非线性科学的一个重要分支，其最早起源于非线性系统对初始条件的敏感性。作为一门跨学科的理论，混沌理论在气象学、生物学、经济学、物理学以及电信学等领域都有着广泛的应用。混沌通信是一种将混沌信号应用于通信领域的科学理论，其主要利用了混沌信号的确定性、初值敏感性、宽频谱、类噪声等良好的特性。由于这些内在的特性，使得混沌通信系统在保密通信、抗干扰和抗多径衰落等方面具有潜在的优势。目前，混沌通信在无线通信方面的研究主要集中在混沌数字调制方面。差分混沌移位键控（differential chaos shift keying，dcsk）技术由于其低功耗、低成本的优势成为目前广为研究的非相干混沌数字调制方案。

3、现有的针对dcsk系统设计的收发机译码方法大多通过解调器使用能量检测作为符号检测，关注接收到的混沌序列的能量特征，从而完成译码，但该过程无法利用到混沌序列之间具有的相关性特征，这影响了原模图dcsk编码调制系统的性能，导致译码的准确性较低。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于原模图差分混沌移位键控的收发机译码方法及系统，用于解决现有的针对dcsk系统设计的收发机译码方法导致译码的准确性较低的技术问题。

2、本发明第一方面提供的一种基于原模图差分混沌移位键控的收发机译码方法，所述收发机包括原模图差分混沌移位键控发射机、无线信道、目标外信息辅助网络和先验计算译码器；所述方法包括：

3、获取信息比特序列，通过所述原模图差分混沌移位键控发射机对所述信息比特序列进行编码调制，输出多个调制符号；

4、将各所述调制符号输入至所述无线信道进行信道干扰，输出各所述调制符号对应的接收符号；

5、采用所述目标外信息辅助网络根据各所述接收符号和各所述接收符号对应的预置初始后验概率向量，确定各所述接收符号对应的目标后验概率向量；

6、将各所述目标后验概率向量输入至所述先验计算译码器进行译码，输出初始译码比特序列；

7、根据所述初始译码比特序列和预置校验矩阵，确定目标译码比特序列。

8、可选地，所述原模图差分混沌移位键控发射机包括原模图编码器和多进制差分混沌移位键控调制器；所述通过所述原模图差分混沌移位键控发射机对所述信息比特序列进行编码调制，输出多个调制符号的步骤，包括：

9、采用所述原模图编码器对所述信息比特序列进行编码，生成编码比特序列；

10、按照预置编码比特数对所述编码比特序列进行划分，输出多组编码比特；

11、将各所述编码比特输入至所述多进制差分混沌移位键控调制器进行调制，确定多个调制符号。

12、可选地，所述目标外信息辅助网络包括卷积记忆模块、全连接模块和决策模块；所述采用所述目标外信息辅助网络根据各所述接收符号和各所述接收符号对应的预置初始后验概率向量，确定各所述接收符号对应的目标后验概率向量的步骤，包括：

13、采用所述卷积记忆模块对各所述接收符号分别进行一维特征提取，生成各所述接收符号对应的第一特征向量；

14、通过所述全连接模块对各所述接收符号对应的预置初始后验概率向量分别进行向量特征提取，确定各所述预置初始后验概率向量对应的第二特征向量；

15、将各所述第一特征向量和各所述第二特征向量输入至所述决策模块分别进行特征合并，输出各所述接收符号对应的目标后验概率向量。

16、可选地，所述卷积记忆模块包括一维卷积层、批量归一化层、第一激活函数层和长短期记忆层；所述采用所述卷积记忆模块对各所述接收符号分别进行一维特征提取，生成各所述接收符号对应的第一特征向量的步骤，包括：

17、通过一维卷积层对各所述接收符号分别进行一维卷积运算，生成各所述接收符号对应的第一卷积特征；

18、采用批量归一化层对各所述第一卷积特征分别进行归一化，确定各所述第一卷积特征对应的第一归一化特征；

19、将各所述第一归一化特征分别输入至第一激活函数层进行非线性映射，生成各所述第一归一化特征对应的非线性特征；

20、通过一维卷积层对各所述非线性特征分别进行一维卷积运算，生成各所述非线性特征对应的第二卷积特征；

21、采用批量归一化层对各所述第二卷积特征分别进行归一化，确定各所述第二卷积特征对应的第二归一化特征；

22、将各所述第二归一化特征分别输入至第一激活函数层进行非线性映射，生成各所述第二归一化特征对应的二维特征矩阵；

23、按照各所述二维特征矩阵的矩阵列序号，依次将各所述二维特征矩阵的矩阵列数据分别输入至长短期记忆层进行特征提取，生成各所述二维特征矩阵对应的多个初始特征向量；

24、分别对各所述二维特征矩阵对应的多个初始特征向量进行筛选，确定各所述二维特征矩阵对应的第一特征向量。

25、可选地，所述全连接模块包括全连接层、批量归一化层和第一激活函数层；所述通过所述全连接模块对各所述接收符号对应的预置初始后验概率向量分别进行向量特征提取，确定各所述预置初始后验概率向量对应的第二特征向量的步骤，包括：

26、通过全连接层对各所述接收符号对应的预置初始后验概率向量分别进行特征映射，生成各所述预置初始后验概率向量对应的第一后验概率映射特征；

27、采用批量归一化层和第一激活函数层分别对各所述第一后验概率映射特征进行归一化和非线性映射，确定各所述第一后验概率映射特征对应的第一概率非线性特征；

28、通过全连接层对各所述第一概率非线性特征分别进行特征映射，生成各所述第一概率非线性特征对应的第二后验概率映射特征；

29、采用批量归一化层和第一激活函数层分别对各所述第二后验概率映射特征进行归一化和非线性映射，确定各所述第二后验概率映射特征对应的第二概率非线性特征；

30、通过全连接层对各所述第二概率非线性特征分别进行特征映射，生成各所述第二概率非线性特征对应的第三后验概率映射特征；

31、采用批量归一化层和第一激活函数层分别对各所述第三后验概率映射特征进行归一化和非线性映射，确定各所述第三后验概率映射特征对应的第二特征向量。

32、可选地，所述决策模块包括全连接层、批量归一化层、第一激活函数层和第二激活函数层；所述将各所述第一特征向量和各所述第二特征向量输入至所述决策模块分别进行特征合并，输出各所述接收符号对应的目标后验概率向量的步骤，包括：

33、对各所述第一特征向量和各所述第二特征向量分别进行一维连接，生成各所述接收符号对应的合并特征向量；

34、通过全连接层对各所述合并特征向量分别进行特征映射，确定各所述合并特征向量对应的第一合并映射特征；

35、采用批量归一化层和第一激活函数层分别对各所述第一合并映射特征进行归一化和非线性映射，生成各所述第一合并映射特征对应的第一合并非线性特征；

36、通过全连接层对各所述第一合并非线性特征分别进行特征映射，确定各所述第一合并非线性特征对应的第二合并映射特征；

37、采用第二激活函数层对各所述第二合并映射特征分别进行非线性映射，生成各所述第二合并映射特征对应的目标后验概率向量。

38、可选地，所述先验计算译码器包括先验对数似然比计算模块和原模图译码器；所述将各所述目标后验概率向量输入至所述先验计算译码器进行译码，输出初始译码比特序列的步骤，包括：

39、通过所述先验对数似然比计算模块对各所述目标后验概率向量分别进行先验转换，确定各所述目标后验概率向量对应的先验对数似然比向量；

40、将各所述先验对数似然比向量输入至所述原模图译码器进行原模图译码，生成各所述先验对数似然比向量对应的后验对数似然比向量；

41、对各所述后验对数似然比向量进行硬判决，生成初始译码比特序列。

42、可选地，所述根据所述初始译码比特序列和预置校验矩阵，确定目标译码比特序列的步骤，包括：

43、对所述初始译码比特序列和预置校验矩阵进行乘积运算，确定序列矩阵乘积值，并实时统计迭代次数；

44、当所述序列矩阵乘积值为零或所述迭代次数达到预置外迭代次数时，将所述初始译码比特序列作为目标译码比特序列；

45、当所述序列矩阵乘积值不为零和所述迭代次数未达到所述预置外迭代次数时，对各所述目标后验概率向量对应的先验对数似然比向量和后验对数似然比向量分别进行差值运算，输出各所述目标后验概率向量对应的外信息向量；

46、采用各所述外信息向量的元素对各所述接收符号对应的预置初始后验概率向量分别进行元素更新，确定各所述接收符号对应的新的预置初始后验概率向量；

47、根据各所述接收符号和各所述新的预置初始后验概率向量，确定序列矩阵乘积值，直至所述序列矩阵乘积值为零或所述迭代次数达到所述预置外迭代次数；

48、将所述序列矩阵乘积值为零或所述迭代次数达到所述预置外迭代次数时确定的初始译码比特序列作为目标译码比特序列。

49、可选地，所述目标外信息辅助网络的训练过程，包括：

50、获取待训练信息比特序列，通过所述原模图差分混沌移位键控发射机对所述待训练信息比特序列进行编码调制，输出多个待训练调制符号；

51、将各所述待训练调制符号输入至无线信道进行信道干扰，输出各所述待训练调制符号对应的待训练接收符号；

52、采用预设对数似然比计算法根据各所述待训练接收符号，计算各所述待训练接收符号对应的待训练初始后验概率向量；

53、基于预置交叉熵损失函数，采用各所述待训练接收符号和各所述待训练初始后验概率向量对初始外信息辅助网络进行模型训练，确定训练好的所述目标外信息辅助网络。

54、本发明第二方面提供的一种基于原模图差分混沌移位键控的收发机译码系统，所述收发机包括原模图差分混沌移位键控发射机、无线信道、目标外信息辅助网络和先验计算译码器；所述系统包括：

55、获取模块，用于获取信息比特序列，通过所述原模图差分混沌移位键控发射机对所述信息比特序列进行编码调制，输出多个调制符号；

56、干扰模块，用于将各所述调制符号输入至所述无线信道进行信道干扰，输出各所述调制符号对应的接收符号；

57、网络输出模块，用于采用所述目标外信息辅助网络根据各所述接收符号和各所述接收符号对应的预置初始后验概率向量，确定各所述接收符号对应的目标后验概率向量；

58、译码模块，用于将各所述目标后验概率向量输入至所述先验计算译码器进行译码，输出初始译码比特序列；

59、确定模块，用于根据所述初始译码比特序列和预置校验矩阵，确定目标译码比特序列。

60、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

61、本发明的上述技术方案提供了一种基于原模图差分混沌移位键控的收发机译码方法，收发机包括原模图差分混沌移位键控发射机、无线信道、目标外信息辅助网络和先验计算译码器；首先获取信息比特序列，通过原模图差分混沌移位键控发射机对信息比特序列进行编码调制，输出多个调制符号；接着，将各调制符号输入至无线信道进行信道干扰，输出各调制符号对应的接收符号；采用目标外信息辅助网络根据各接收符号和各接收符号对应的预置初始后验概率向量，确定各接收符号对应的目标后验概率向量；将各目标后验概率向量输入至先验计算译码器进行译码，输出初始译码比特序列；最后，根据初始译码比特序列和预置校验矩阵，确定目标译码比特序列；基于上述方案，基于目标外信息辅助网络确定的初始译码比特序列和预置校验矩阵，生成目标译码比特序列的过程，同时考虑了接收符号和其对应的后验概率向量，从而提高了原模图dcsk编码调制系统的性能，进一步地提高了译码的准确性。