1.一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:发射端采用相位调制方式,将二进制信息流进行编码、交织和符号映射;
S2:映射的符号经过逆傅里叶变换变换到时域;
S3:对时域信号进行交织;
S4:对交织后的信号进行循环前缀加入;
S5:基于循环前缀加入后的信号,叠加混沌序列获取到叠加波形;
S6:将叠加波形进行调制到指定的载频之上获取到发射信号;
S7:步骤S6的发射信号经过信道后到达通信接收端,接收端将接收信号r(k)送入两个并行的信号处理分支,第一路信号处理分支用于训练深度神经网络,输出网络参数u和v,第二路信号处理分支用于对接收信号进行IFDM解调;
S8:将IFDM解调后的信号输入到采用网络参数u和v的深度神经网络中,输出估计到的信息比特流
2.根据权利要求1所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤S1包括:通信发射端采用信道编码将二进制比特b进行信道编码,b=[b1,b2,…,bl,…bL],L为二进制信息比特流的长度,其中bl∈{0,1},l=1,…,L;对编码后的信息比特进行交织和符号映射,得到符号向量x=[x1,x2,…,xk,…xK],K为符号总数,k∈[1,K];将x=[x1,x2,…,xk,…xK]调制到指定载波上,交织频分复用的发送基带波形如下:其中,Π为时域随机交织矩阵,交织器长度为K, FN为N点傅里叶变换矩阵,表示矩阵的共轭转置操作。
3.根据权利要求2所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤S2中映射的符号经过逆傅里叶变换变换到时域的表达如下:其中, 为K点逆傅里叶变换。
4.根据权利要求3所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤S3中对时域信号进行交织,表达如下:s=Πz
其中,Π为时域随机交织矩阵,交织器长度为K。
5.根据权利要求4所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤S4中循环前缀加入;
sCP=ACPs
其中, 为增加循环前缀矩阵,其中IK为单位矩阵,且 为单位矩阵IK的最后L行,L为循环前缀的长度,最终sCP为添加循环前缀之后的向量,且所述步骤S5中叠加混沌序列,第n个叠加混沌序列的符号表示为;
其中, 为混沌序列 的第n个元素;式中ρ代
表导频归一化功率分配因子且0<ρ<1。
6.根据权利要求1所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤S7中第一路信号处理分支对接收信号r(t)依次进行帧同步、多普勒估计与补偿,随后进入DNN在线训练网络,训练网络收敛后输出网络参数u和v。
7.根据权利要求1所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤S7中第一路信号处理分支的处理方法为:基于已知混沌接收序列,对接收信号进行同步,随后进行多普勒估计,基于估计到的多普勒结果,对接收信号进行多普勒补偿,最终得到多普勒补偿之后的信号y(n);
将信号y(n)送入深度神经网络进行训练,最终输出收敛之后的网络参数向量u和v。
8.根据权利要求7所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤S7中第一路信号处理分支的处理流程为:A1:利用叠加的混沌序列进行帧同步检测,截取通信信号;
A2:利用叠加的混沌序列对多普勒进行估计,利用估计出来的多普勒因子对接收信号进行补偿,得到信号y;即y=Hx+g+w
其中 表示离散时域信道矩阵,g表示叠加的混沌序列,w表示环境噪声;对接收信号进行时域解交织后便可以得到其中, 看做干扰噪声项,由叠加混沌序列和环境噪声组成,由于采用的是混沌序列,因此其统计特性看作高斯白噪声;
A3:基于混沌叠加训练序列对深度神经网络进行训练,最终输出收敛之后的网络参数向量u和v。
9.根据权利要求8所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤A3的训练过程具体为:通过水声信道仿真软件生成大量水声信道冲激响应之后,将其按比例分为水声信道训练集和水声信道测试集;在训练阶段将训练信道作用于发射信息序列x,从而获取接收信息序列y;对于所获得的接收信息序列y,经过串并转换、移除循环前缀、解交织和傅里叶变换后得到神经网络输入 此时,即可获得神经网络训练数据集合 其中b为已知混沌数据;在线训练的深度神经网络输出收敛之后的网络权值向量u和v。
10.根据权利要求1所述的一种基于混沌叠加训练序列深度神经网络的水声IFDM通信方法,其特征在于,所述步骤S7中第二路信号处理分支进行IFDM解调的过程为:首先对基带接收信号进行串并转换后得到yCP;
其次,移除循环前缀:
y=RCPyCP
其中, 为移除循环前缀矩阵,其中IK为单位矩阵,L为循环前缀的长度,且随后,进行解交织,即‑1
其中,Π 为时域随机解交织矩阵,解交织器的长度为K。