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专利号: 2023109393185
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种深度学习联合信道估计的LoRa系统信号检测方法,其特征在于,包括:S100:搭建LoRa系统,生成LoRa信号,包括:S110:搭建LoRa系统,搭建的所述LoRa系统包括:发射端、通信信道以及接收端;

S120:在所述发射端输出比特序列并经过进制转换、插入导频、串并转换、LoRa调制、添加循环前缀及并串转换处理;

S130:设LoRa调制之后得到信号X,其中所述信号X包含导频pilot和载荷x;

S140:所述信号X经过所述通信信道时,基于衰落信道和噪声的影响,在所述接收端得到LoRa信号y,使用数学表达式描述y为:y=hX+n;

式中,h为通信信道系数,n为复高斯噪声;

其中,所述信号y包括:导频响应部分yx和载荷响应部分ypilot;

S200:对LoRa信号中原始导频部分、导频响应部分和载荷响应部分进行切割、标记处理,并对切割、标记后的LoRa信号进行预处理,包括:S210:在所述接收端已知原始导频部分pilot的基础上,切割出导频响应部分yx和载荷响应部分ypilot以及原始导频部分pilot;

S220:使用原始比特序列对切割出的导频响应部分yx和载荷响应部分ypilot以及原始导频部分pilot进行标记;

S230:对步骤S220进行标记的信号进行Dechirp处理、离散傅里叶变换处理、以及提取实部和虚部处理以及归一化处理,包括:S231:Dechirp处理:使用初始随时间频率连续下降的down‑chirp信号与导频响应部分yx、载荷响应部分ypilot和原始导频部分pilot相乘,公式为:其中 为初始随时间频率连续下降的down‑chirp信号;

d

S232:离散傅里叶变换处理:将 和pilot从时域转换到频域中,得到三个复数矩阵;

S233:提取实部和虚部处理:将三个复数矩阵的实部和虚部分离,得到6个实数矩阵;

S234:归一化处理:对6个实数矩阵各自归一化,归一化的计算表达式为:其中,mean(A)、Var(A)分别表示求矩阵A的均值和方差,其中1e‑15是为常数,用于数值稳定性;

S300:基于经过预处理的LoRa信号,构造训练集和测试集,包括:S310:依据S200的处理结果,设置一次处理的LoRa信号数量、通道个数以及一个LoRa信号序列的长度;

S320:基于经过预处理的LoRa信号,按照S310设置的内容合成数据集;

S330:按照7:3的比列,将所述数据集随机划分为训练集和测试集;

S400:构造LoRa解调的初始神经网络模型,包括:S410:构建特征提取块,所述特征提取块由一个卷积层、一个批量归一化层、一个激活函数、一个平均池化层串联组成;

S420:构建LoRa解调的初始神经网络模型,所述初始神经网络模型由卷积神经网络CNN以及全连接神经网络FCNN构成,所述初始神经网络模型的结构包括:依次串联的输入层、隐藏层以及输出层,其中,所述隐藏层包括:第一特征提取块、第二特征提取块、第三特征提取块、层归一化、第一全连接层、第二全连接层以及第三全连接层;

S500:选取神经网络和优化函数的超参数,包括:S510:将所述输入层的输入维度设置为6×2^SF,其中SF为扩频因子;

S520:将所述第一特征提取块设置为:

卷积层为一维卷积层,输入通道数为6,输出通道数为96;

激活函数为ReLU激活函数;

平均池化层的核为2,步长为2;

S530:将所述第二特征提取块设置为:

卷积层为一维卷积层,输入通道数为96,输出通道数为256;

激活函数为ReLU激活函数;

平均池化层的核为3,步长为3;

S520:将所述第三特征提取块设置为:

卷积层为一维卷积层,输入通道数为256,输出通道数为256;

激活函数为ReLU激活函数;

平均池化层的核为2,步长为2;

S530:将所述第一全连接层、所述第二全连接层以及所述第三全连接层的神经元数量设置为256;

S540:所述输出层神经元个数为扩频因子SF,其中,扩频因子SF等于待预测比特序列的数量;

S600:利用所述训练集训练初始神经网络模型,并且通过所述测试集保存优化的神经网络模型参数性能,包括:S610:利用所述训练集训练初始神经网络模型;

S620:计算误码率,判断误码率是否符合要求,若误码率不符合要求,则重新选取超参数进行训练;若符合要求,则得到优化的神经网络模型;

S630:通过所述测试集测试优化的神经网络性能,保存优化的神经网络模型参数性能;

S700:将优化的神经网络模型部署到LoRa系统中进行LoRa信号检测。