1.一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:建立FBMC水声通信模型,所述FBMC水声通信模型使用FBMC/OQAM调制方式,插入导频后将符号调制到子载波上并送入水声信道;在FBMC水声通信模型中叠加干扰信号,形成接收信号r(n)表示为:r(n)=s(n)*h(n)+w(n)+j(n)
其中s(n)表示发射信号,传输方式为FBMC,*表示卷积算子,h(n)是多径信道的脉冲响应,w(n)为高斯白噪声,j(n)为干扰;
步骤2:构建多径消除数据集和干扰抑制数据集;对接受信号r(n)进行下变频得到基带信号,再通过低通滤波器进行滤波处理,此时的信号作为多径消除数据集的输入,而不经过多径信道仅受干扰影响的接收信号s(n)+j(n)作为多径消除数据集的输出;不经过多径信道仅受干扰影响的接收信号s(n)+j(n)作为干扰抑制数据集的输入,发射信号s(n)作为干扰抑制数据集的输出;
步骤3:利用多径消除数据集对多径消除模型UNet进行训练,所述多径消除模型UNet包括ConvBlock编码器,UpBlock解码器,连接编码器解码器的跳跃连接,瓶颈;所述ConvBlock编码器由卷积、DropBlock、批量归一化和激活函数构成;在批量归一化后通过平均池化来实现下采样,UpBlock解码器通过上采样增加数据尺寸,最终匹配输出数据的维度;
步骤4:利用干扰抑制数据集训练干扰抑制网络MS‑UNet;所述干扰抑制网络MS‑UNet包括UNet部分、三个SE模块以及一个多头自注意力模块;在注意力机制的辅助下将干扰从接收的信号中提取,再将估计的干扰从输入信号消去,处理后的数据再由接收端后续模块进行接收;在多径消除模型UNet之后串联干扰抑制模型MS‑UNet,组成W‑Net网络作为水声通信接收端;
多径消除数据集和干扰抑制数据集的排列方式为将实虚部分别为两层,实虚部分分别按照蛇形排列方式组织,所述蛇形排列方式奇数行采用顺序排列,而偶数行则采用逆序排列,数据被重新排列为2层2维矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法,其特征在于,多径消除数据集进入多径消除模型UNet,以及干扰抑制数据集进入干扰抑制网络MS‑UNet之前需进行归一化处理:x'是经过归一化处理后的接收数据,x是接收数据,xmax是接收数据的最大值,xmin是接收数据的最小值。
3.根据权利要求1所述的一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法,其特征在于,所述干扰抑制网络MS‑UNet的UNet部分包括编码器,解码器,连接编码器解码器的跳跃连接,瓶颈。
4.根据权利要求3所述的一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法,其特征在于,所述UNet部分的编码器包括编码器块,解码器包括解码器块,一个编码器块由2个卷积层,1个DropBlock层,1个批量归一化层,1个RELU层和1个下采样层构成;一个解码器块由1个连接层,2个转置卷积层,1个上采样层构成。
5.根据权利要求3所述的一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法,其特征在于,在所述干扰抑制网络MS‑UNet的连接编码器解码器的跳跃连接处添加SE模块,SE模块分析来自编码器的跳跃连接的输入特征,通过Squeeze操作顺着空间维度进行特征压缩,获得全局的感受野,然后通过Excitation操作生成有关特征通道相关性的权重,将Excitation的输出的权重看作是经过特征选择后每个通道对与干扰估计的重要性,经过乘法逐通道归一化权重加权到输入特征上,得到SE模块的输出,该输出连接到跳跃连接的接收端解码器。
6.根据权利要求3所述的一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法,其特征在于,在所述干扰抑制网络MS‑UNet的瓶颈处应用多头注意力机制MHSA模块,在编码器路径末端传递到瓶颈的输入特征首先由卷积层处理,在进入多头注意力机制MHSA模块前数据先调整为一维向量序列,然后通过多头注意力机制MHSA模块得到的注意力图与瓶颈处的输入特征调整为对应的一维向量序列进行残差连接相加,连接得到结果后进行层归一化,再转换为二维格式,经过上采样后连接上解码器模块。
7.根据权利要求1所述的一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法,其特征在于,构建损失函数LOSS训练干扰抑制网络MS‑UNet,如下:损失函数LOSS将均方误差作为主要损失函数,平均绝对误差作为次要损失函数,其中n表示信号序列的长度,α为一个超参数,调整均方误差和平均绝对误差的权重,yi为真值,为预测值。
8.一种计算机存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1‑7中任一项所述的一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法。
9.一种计算机设备,包括储存器、处理器及存储在存储器上并可再处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1‑7中任一项所述的一种基于W‑Net网络的FBMC水声通信接收端抗干扰方法。