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   -> 人工智能 -> An Optimized Radio Modulation Classifier Using Deep Neural Network阅读 2020 -> 正文阅读

[人工智能]An Optimized Radio Modulation Classifier Using Deep Neural Network阅读 2020

? ? ? ? 文章提出了一个使用DL在不同的信噪比处区分不同调制类型的自动调制分类模型,通过选择合适的CNN超参数,优化了O‘shea的模型(“Convolutional radiomodulation recognition networks,2016”,性能超过基于专家特征的传统方法,对于不同任务学习特征具有灵活性,分类精确度提高),获得了每个SNR级别的最好的精确度,优化模型使用CNN4。

II. CLASSICAL RADIO MODULATOR CLASSIFIERS

? ? ? ? 传统调制识别算法:基于可能性的LB,基于特征的FB。

? ? ? ? LB:低错误率,高精确度,但是高延迟分类,需要完全的先验知识。

? ? ? ? FB:包括特征提取:瞬时幅度、频率,高阶矩等和分类器:决策树,K最近邻,SVM等。

III. DEEP LEARNING

IV. MODERN RADIO MODULATOR CLASSIFIER

? ? ? ? 很多现代无线调制分类器都是基于CNN,输入为2维的原始信号i,q时间序列。在O'shea的工作中,作者人工生成了一个无线通信信号的数据集,考虑实值信号环境。数据集分为RML2016.11a和RML2016.10b,前者有500Mbytes,包含8种数字调制方式?BPSK, QPSK,
8PSK, 16QAM,64QAM, BFSK, CPFSK and PAM4, 和3种模拟调制, WB-FM, AM-SSB, and AM-
DSB。后者3.5GB包含同样地8种数字调制和两种模拟调制WB-FM and AM-DSB.

? ? ? ? 模型结构如下:

????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

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? ? ? ? ?2*2D的卷积层,分别跟着RELU激活函数,使得输出维度64*1*3,16*2*3,然后一个Dense 层加RELU激活函数,输出维度128,再输入一个Dense 层加softmax激活函数,最终输出10维(调制类型)向量。

V. THE PROPOSED CLASSIFICATION MODEL

? ? ? ? ?首先我们使用O'shea在大数据集RML2016.10b上的模型,为了在不同SNR得到最好分类性能,调整超参数:优化器类型、dropout rate、batch size, epochs数量。然后提出了一个CNN4模型,改变了dense 层的数量、每一层的滤波器维度。使用高性能cpu,NVIDIA 1060,keras API.????????? ? ? ? 在600000个样本上训练,在600000个样本上测试,基于贝叶斯优化使用开源 Hyperopt 库估计学习率,不同的结构和超参数变化结合形成T1-T23共23个不同的训练模型情况。

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? ? ? ? ?比较CNN2和CNN4的验证错误和训练损失错误,可以看到除了保留最佳验证损失用于评估之外,没有显著影响。CNN4相比CNN2多了两个dense层,在T16中滤波器尺寸2*256,2*80,在T23中,修改1,2层中的过滤器数量为32,64,3.4层中为64,128,batch_size1024,达到最好验证损失时,超过600000个样本上训练花费超过3h。

? ? ? ? 不同结构和参数结合的结果如下:

A:优化器:

? ? ? ? T9和T10中使用两个优化器算法,patience参数都为5,btach_size都为1024,发现Adam相比Adamax 在各个snr性能都更好。

B Dropout rate :

? ? ? ? ?batch_size1024,使用Adam优化器,Dr(0.2,0.5,0.6,0.7),结果如下:0dB,0.2和0.5的Dr精确度达到78%门限,-8到-4dB,0.6Dr获得最好的结果。

? ? ???

C BATCH Size

? ? ? ? 使用512,1024,2048的batch size,实验表明最好的值为1024。

?

?D Finally

? ? ? ? 改变卷积层&池化层(dense 层)的数量,CNN4多了两个卷积池化层。

? ? ? ? ?下表给出了模型对应测试参数的最佳性能。

? ? ? ? ?使用CNN4的T16在大于0dB的所有snr水平都拥有最佳性能,而0db以下nn不能正确提取想要的信号特征,未来需要进一步研究分析。在T23中,改变卷积过滤器的数量和kernel 大小,即CNN4中每一层的过滤器的宽度&高度,分类性能如下:

? ? ? ? ?下图比较了CNN2和CNN4(T16,T23),在18dB,T23达到89.59精确度,0-14dB,T16有更高的精确度,CNN2性能都低于他们。

? ? ? ? ?下面两图展示了18db的CNN2和CNN4的混淆矩阵,模拟调制双边带AM-DSB和widebandFM会发生混淆,QAM16,QAM64区分也比较困难,但是CNN4还是比CNN2更精确。

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?????????下面两图展示了-6db的CNN2和CNN4的混淆矩阵,两者几乎获得一样的结果。

?未来展望:

????????或许低SNR,未来通过调整参数的方法也可能找到合适的道路。

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