專利名稱：用于帶限非線性信道的調(diào)制解調(diào)器的演進(jìn)合成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用倍頻諧波演進(jìn)合成符號(hào)語言協(xié)議，這些協(xié)議實(shí) 現(xiàn)用于為任何數(shù)字無線和有線網(wǎng)絡(luò)拓樸創(chuàng)建優(yōu)化性能和安全性的完 全新穎的自適應(yīng)通4言方法。
背景技術(shù)：
相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域包括如下遠(yuǎn)程通信技術(shù)，這些技術(shù)對(duì)向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營 商和無線客戶提供的常規(guī)無線服務(wù)提供了很多增強(qiáng)，比如正交頻分 調(diào)制(OFDM)、分形調(diào)制等。遠(yuǎn)程通信如今已經(jīng)變成地球上每個(gè)人 生活的必需部分。無線通信快速地變成向全球廣大地區(qū)布署基于基 礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的服務(wù)的主導(dǎo)手段。在不遠(yuǎn)的將來，無線通信網(wǎng)絡(luò)將為新興 經(jīng)濟(jì)中的所有核心通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)。存在很多不同的通信網(wǎng) 絡(luò)架構(gòu)和方法，比如GSMTDMA、 CDMA、 CDMA2001RX、 UMTS、 SDCDMA、 OFDM等。僅一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)就具有有望服務(wù)于大多數(shù)世 界人口的拓樸;參透性，這就是GSM。全^求移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng) 絡(luò)如今服務(wù)于全球200個(gè)國家中的將近7千7百萬用戶。盡管多數(shù)
開發(fā)工作集中在所謂的新技術(shù)上，但是這些新技術(shù)聚焦于要求大規(guī) ?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)安裝的共享式網(wǎng)絡(luò)分組交換方法，這些安裝可能并不產(chǎn)
生大眾所希望的實(shí)用結(jié)果。
本發(fā)明引入一種用以通過如GSM、 CDMA之類的凄t字移動(dòng)蟲奪 窩語音信道、移動(dòng)干線無線(MTR)通信網(wǎng)絡(luò)、第三代移動(dòng)蜂窩通 信拓樸等傳送數(shù)據(jù)的新穎方式。本發(fā)明基于使用如下符號(hào)這一概念， 這些符號(hào)是具有有限帶寬的一組預(yù)定信號(hào)。將數(shù)據(jù)編碼成這些符號(hào) 以便通過語音CODEC發(fā)送而在接收機(jī)處通過最大似然方法對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行解碼。以最大化符號(hào)的可分離性為目標(biāo)，通過遺傳算法來合成 符號(hào)。這一演進(jìn)合成代表了通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的新范式并且推進(jìn)了能 夠應(yīng)用于任何無線、有線和光通信信道和網(wǎng)絡(luò)拓樸的采樣諧波結(jié)構(gòu) 的倍頻脈沖數(shù)據(jù)(OPD)系統(tǒng)協(xié)議、處理和過程的自適應(yīng)多速率符 號(hào)調(diào)制方法和語言。在申請(qǐng)日為2000年5月17日的美國專利申請(qǐng) 第09/573,466號(hào)中可以獲得對(duì)ODP協(xié)議的討i侖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明引入一種用以通過移動(dòng)蜂窩、GSM、 TDMA、 CDMA和 數(shù)字移動(dòng)干線無線(MTR)語音信道傳送^t據(jù)的新方式。協(xié)議、處 理和過程基于創(chuàng)建和應(yīng)用如下符號(hào)的概念具有有限帶寬的一組預(yù) 定信號(hào)。數(shù)據(jù)被編碼成符號(hào)以便通過語音CODEC發(fā)送而在接收機(jī)處 通過最大似然估計(jì)(MLE)方法來解碼。以在使符號(hào)經(jīng)過語音CODEC 之后維持可分離性和減少字典冗余度的大小為目的，通過協(xié)作式遺 傳算法方式來合成符號(hào)。本公開呈現(xiàn)了通過GSM語音信道執(zhí)行數(shù)據(jù) 通信的系統(tǒng)的完全算法結(jié)構(gòu)作為本發(fā)明的不同實(shí)施例所能夠應(yīng)用到 的很多潛在通信信道例子之一。協(xié)議、處理和過程利用在通信系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中限定新范式的演進(jìn)式合成。


圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基本遺傳算法(GA)過程。 圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)字帶限語音信道通信拓樸的 邏輯框圖。
圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例容納符號(hào)的多維搜索空間的邏輯 循環(huán)圖。
圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例通過D F T變換來進(jìn)行組合的實(shí)頻 語和虛頻i普的邏輯圖。
具體實(shí)施例方式
新的第三代和第四代移動(dòng)蜂窩通信方法沒有提供商務(wù)用戶就 廣；乏的應(yīng)用所特有的月l務(wù)(application specific service)而言所需要 的大多數(shù)特點(diǎn)易于使用、單獨(dú)用戶業(yè)務(wù)的高安全性、優(yōu)先路由、 用戶業(yè)務(wù)的快速消息遞送、低成本、定制的虛擬信道化、效率以及 也稱為應(yīng)用使用點(diǎn)(APU)的大型事務(wù)區(qū)中的服務(wù)可達(dá)性。在很多 情況下有很多方式用以延長各種無線通信網(wǎng)絡(luò)的壽命。最期望的改 進(jìn)之一是為當(dāng)前"僅語音"(voice-only )網(wǎng)絡(luò)如GSM和所選移動(dòng)干線 無線(MTR)通信拓樸添加數(shù)據(jù)傳輸能力。GSM網(wǎng)絡(luò)和MTR網(wǎng)絡(luò) 確實(shí)具有專用數(shù)據(jù)信道，然而這些信道具有諸多問題，包括連接時(shí) 間長、不可接受的非對(duì)稱延遲、互操作性問題以及高昂的使用成本。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例能夠應(yīng)用于安全金融通信網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò) 支持自動(dòng)拒員機(jī)(ATM)通信、銷售點(diǎn)(POS)終端、拒員機(jī)終端、 銀行交換網(wǎng)絡(luò)等。本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例也被設(shè)計(jì)為應(yīng)用于以安全語 音和安全凄t據(jù)為目的的基于IP的語音(Voice Over Internet Protocol, VOIP)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的另 一實(shí)施例能夠應(yīng)用于在IEEE802.11、 IEEE802.16、 IEEE802.21分布式網(wǎng)絡(luò)之上4吏用的數(shù)據(jù)和VOIP信道。 本發(fā)明的又一實(shí)施例提供在可變語音采樣等拓樸結(jié)構(gòu)內(nèi)用隧道發(fā)送 安全數(shù)據(jù)采樣的裝置和方法。
本發(fā)明大大解決了通過具有存儲(chǔ)器的通信信道傳播可變長度、 可變寬度和可變深度的符號(hào)采樣這一問題。本發(fā)明應(yīng)用了代表了通 信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中新范式的演進(jìn)合成方法。本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例提供自 適應(yīng)多速率符號(hào)調(diào)制，也就是實(shí)施倍頻脈沖數(shù)據(jù)(OPD)n維語言的 核心方法。OPD引入了也能夠應(yīng)用于任何無線、有線和光通信信道
及有關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓樸的采樣諧波結(jié)構(gòu)的可變系統(tǒng)協(xié)議、處理和過程。各
倍頻脈沖數(shù)據(jù)/自適應(yīng)多速率(OPD-AMR)符號(hào)采樣的固有"維符號(hào) 靈活性也能夠應(yīng)用于通信系統(tǒng)安全。因而，本發(fā)明將數(shù)學(xué)遺傳算法 過程應(yīng)用于如下目的(1)生成近乎無窮的符號(hào)采樣狀態(tài)可變性； (2)生成近乎無窮的符號(hào)字典采樣；以及(3)生成近乎無窮的倍 頻脈沖數(shù)據(jù)/自適應(yīng)多速率(OPD-AMR)調(diào)制方法。這些新穎方法能 夠應(yīng)用于種類繁多的現(xiàn)有和有待開發(fā)的通信信道結(jié)構(gòu)和通信系統(tǒng)拓 樸。
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例已經(jīng)應(yīng)用到的一種通信信道是GSM移動(dòng)蜂 窩數(shù)字語音信道，然而這并不對(duì)如何針對(duì)任何目標(biāo)通信信道拓樸來 應(yīng)用本發(fā)明構(gòu)成限制。GSM信道是具有存儲(chǔ)器的非線性信道。通過 這些信道發(fā)送可預(yù)測(cè)的無損數(shù)據(jù)信息一直被廣大工程界認(rèn)為是不可 能的。迄今為止已經(jīng)有大量問題性因素極大地阻礙將任何這些數(shù)據(jù) 信道實(shí)際運(yùn)用于快速傳輸無損數(shù)據(jù)消息傳送。針對(duì)這些問題的 一 種 解決方案將是使用壓縮語音信道本身以便傳送雙向數(shù)據(jù)、文本、音 頻文件和視頻文件。問題在于如下事實(shí)GSM語音信道實(shí)際上是具 有存儲(chǔ)器的帶限非線性信道，它是針對(duì)語音式信號(hào)而不是針對(duì)數(shù)據(jù) 而設(shè)計(jì)的。為了允許更大的信道容量，GSM語音編碼器提取表4i如 下語音模型的參數(shù)，該語音模型模擬人類如何產(chǎn)生語音和收聽這樣 的語音。只有這些參數(shù)才通過空中接口發(fā)送。在接收機(jī)處，這些參 數(shù)用來生成原語音信息的副本或者采樣。
僅發(fā)送參數(shù)就造成約8.5倍的壓縮率。雖然對(duì)于人耳而言再生 的語音酷似原音，但是它的波形可能事實(shí)上大相徑庭。另外，在使 用常規(guī)調(diào)制技術(shù)通過壓縮語音信道傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)獲得合理誤碼率 很成問題，因?yàn)閿?shù)據(jù)通信依賴于逐采樣的匹配而不是感知相似度。 一種用以補(bǔ)償信道影響的簡(jiǎn)單方式是應(yīng)用信道均衡，但是這將要求 直接或間接地識(shí)別信道逆轉(zhuǎn)。語音參數(shù)的非線'性特性和差分編碼使 這一信道在通常用作均衡器的結(jié)構(gòu)方面事實(shí)上不可識(shí)別，這些結(jié)構(gòu) 例如有限沖激響應(yīng)(FIR)和無限沖激響應(yīng)(IIR)、判決反々貴、隨
機(jī)校正語音幀替換等。
因此，比如GSM語音信道、CDMA語音信道和其它有關(guān)4言道 結(jié)構(gòu)這樣的具有存儲(chǔ)器的非線性信道之上的數(shù)據(jù)通信具有 一 組特有 的問題，這些問題要求設(shè)計(jì)專門針對(duì)該任務(wù)的這一概念上的且適用 的新穎方式。這里公開的系統(tǒng)范式將演進(jìn)優(yōu)化與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)相融 合以便適應(yīng)稱為符#的 一組帶限信號(hào)從而維持符號(hào)在接收機(jī)側(cè)的明 顯可分離性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這一方法允許開發(fā)"自適應(yīng)" 和"自校正"的功能大相徑庭且行為就像生物有機(jī)體的完整通信網(wǎng)絡(luò) 拓樸。引出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的主要?jiǎng)?chuàng)新在于演進(jìn)自適應(yīng)于壓縮語 音信道，其由于非線性有損特性而不可逆轉(zhuǎn)。本發(fā)明的這一實(shí)施例 代表了用于通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新框架信號(hào)集通過自然選擇而自適應(yīng) 于語音CODEC。自適應(yīng)于信道的一般概念能夠潛在地應(yīng)用于任^T接 收機(jī)結(jié)構(gòu)和信號(hào)類型，包括基于IP的語音(VOIP)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的大 規(guī)模拓樸。
已經(jīng)表明人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN )在系統(tǒng)傳遞函數(shù)未知而僅有符號(hào) 的輸入-輸出矢量關(guān)系可供觀察時(shí)是用于非線性系統(tǒng)標(biāo)識(shí)和模式識(shí)另'J 的有效工具。NN用作如下判決設(shè)備，該設(shè)備用以標(biāo)識(shí)通過比如具有
不可接受的誤碼率的GSM語音信道這樣的系統(tǒng)能夠發(fā)送有限集之 上的哪些可能的符號(hào)。在很多類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中，已經(jīng)選擇了徑 向基函數(shù)(RBF) 。 RBF網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于其它NN架構(gòu)而言的優(yōu)點(diǎn)包括 具確定性的訓(xùn)練過程和相對(duì)簡(jiǎn)易的孩i觀網(wǎng)絡(luò)拓樸。
RBF網(wǎng)絡(luò)也執(zhí)行監(jiān)督式學(xué)習(xí)，例如回歸、歸類和時(shí)間序列預(yù)觀'J。 RBF網(wǎng)絡(luò)僅僅是使用了 RBF的核心特征的線性函數(shù)近似。學(xué)習(xí)方法 由非專有方程來限定。RBF相對(duì)于二進(jìn)制特征而言的主要優(yōu)點(diǎn)在于 它們產(chǎn)生平滑地變化、可微分且提供逆可預(yù)測(cè)性的近似函數(shù)。此外， 用于RB F網(wǎng)絡(luò)的 一 些學(xué)習(xí)方法改變這些特征的中心和寬度并且在對(duì) 模型復(fù)雜度和回歸樹的控制方面表現(xiàn)良好以便生成清晰的RBF中心 和半徑。這附帶地涉及二維線性和非線性信道中符號(hào)頻率、幅度和 相位的改變。該方面直接解決了維護(hù)符號(hào)可分離性的所選信道內(nèi)采
樣狀態(tài)。這一核心特征也直接地涉及在各符號(hào)的頻率、幅度和相位 關(guān)系以及信道本身的帶限量化度量方面在針對(duì)目標(biāo)信道的所選帶寬 特征內(nèi)的符號(hào)狀態(tài)生成。
為了執(zhí)行模式識(shí)別，必須訓(xùn)練RBF網(wǎng)絡(luò)并且必須調(diào)節(jié)它的參數(shù) 以匹配于信號(hào)和信道。雖然RBF網(wǎng)絡(luò)能夠通過各種方法來訓(xùn)練，但_ 是參數(shù)自適應(yīng) 一般獨(dú)立于信號(hào)，即需要輸入信號(hào)和關(guān)聯(lián)輸出來訓(xùn)練 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以便創(chuàng)建匹配濾波器逆拓樸陣列。這在有必要同時(shí)調(diào)整信 號(hào)以在信道約束內(nèi)維持可分離性時(shí)會(huì)帶來容易產(chǎn)生歧義的情形。 RBF網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)本身必須一起設(shè)計(jì)以1更互補(bǔ)。因此，通常，對(duì)于高 維數(shù)會(huì)存在非線性優(yōu)化問題。這一類問題借助本領(lǐng)域中公知的任何 基于梯度的優(yōu)化方法都是不容易解決的。因此，選擇作為一種隨機(jī) 優(yōu)化方法的遺傳算法(GA)來調(diào)整NN參數(shù)并且同步地生成符號(hào)。 因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，調(diào)制解調(diào)器或者網(wǎng)絡(luò)單元包括用 來發(fā)送數(shù)據(jù)的一組帶限信號(hào)即"符號(hào)"以及基于RBF網(wǎng)絡(luò)的判決設(shè) 備，這二者均通過GA來演進(jìn)。
本發(fā)明實(shí)施例所基于的理論和應(yīng)用背景包括比如由聲音和數(shù) 字樂器產(chǎn)生的八度音階/顫音、音符以及同時(shí)傳播多速率節(jié)拍模式這 樣的音樂結(jié)構(gòu)的無窮可變性。本發(fā)明應(yīng)用遺傳算法(GA),該遺傳 算法是基于控制論、元系統(tǒng)躍遷(MT)、達(dá)爾文進(jìn)化論和計(jì)算機(jī)科 學(xué)這些理論的全局優(yōu)化技術(shù)。已知的是遺傳算法(GA)已經(jīng)成功地 應(yīng)用于與不能以分析方式來解決的n維音樂音符結(jié)構(gòu)有關(guān)的復(fù)雜數(shù) 值問題。其包括用于比如不同架構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多 節(jié)點(diǎn)函數(shù)優(yōu)化和參數(shù)自適應(yīng)。從控制論的觀點(diǎn)來看，在針對(duì)瞬時(shí)通 信信道條件的符號(hào)采樣自適應(yīng)方面，在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間應(yīng)用顯 著的元系統(tǒng)躍遷(MT)。這一方法創(chuàng)建了在現(xiàn)有舊式網(wǎng)絡(luò)信道拓樸 的度量所限定的預(yù)設(shè)限制內(nèi)進(jìn)行自適應(yīng)和優(yōu)化的通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。然 而，本發(fā)明的各種實(shí)施例被設(shè)計(jì)為應(yīng)用于創(chuàng)建有待實(shí)施的創(chuàng)新信道 和網(wǎng)絡(luò)單元結(jié)構(gòu)。
遺傳算法的基礎(chǔ)是模式定理，可以以該定理的 一 般形式將其表
這構(gòu)成一般的GA框架 一組特殊的"遺傳"算子通過自然選擇來演進(jìn) 個(gè)體群體從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)。因此，GA的優(yōu)化能夠以如下形式來表達(dá)。 首先，從整個(gè)解空間中隨機(jī)選擇實(shí)體群體。因此，該群體包括對(duì)問 題的一組可能的現(xiàn)成解。評(píng)價(jià)各實(shí)體的"適合度"，其中適合度代表 正在求解的代價(jià)函數(shù)。然后基于適合度對(duì)群體進(jìn)行排序以保證更合 適的實(shí)體更有可能被選擇用于配對(duì)。將如雜交-組合和突變-隨機(jī)變更 之類的遺傳算子的集合應(yīng)用于所選實(shí)體以產(chǎn)生向群體添加的后代。 重新評(píng)價(jià)適合度并且從池中刪除最不適合的實(shí)體，即不能維持符號(hào) 可分離性的實(shí)體。重復(fù)評(píng)價(jià)、選擇、后代生成和刪除這一過程直至 已經(jīng)達(dá)到所需性能。
參照?qǐng)D1,遺傳算法步驟是初始化50:建立初始群體、分配雜 交-組合和突變-隨機(jī)變更的概率。GA所必需的其它變量包括適合度 評(píng)估。因此，在51，計(jì)算群體中各個(gè)體的適合度。適合度代表所優(yōu) 化的函數(shù)。下一步驟選擇52是以提高下一代的適合度為目的對(duì)父?jìng)€(gè) 體排序的過程。選擇更適合的個(gè)體以繁殖下一代的后代?；趥€(gè)體 的適合度來分配所選概率。根據(jù)群體中的個(gè)體的適合度對(duì)它們進(jìn)行 排序。在步驟雜交53:通過交換所選父?jìng)€(gè)體的特征來生成新個(gè)體。 接著在突變54:突變是為了保持群體的多樣性。通過向個(gè)體的一個(gè) 或者數(shù)個(gè)組成添加隨機(jī)擾動(dòng)來執(zhí)行突變。最后在終止55:當(dāng)達(dá)到目 標(biāo)適合度或者已經(jīng)經(jīng)過某一數(shù)目的多代并且已經(jīng)生成與具有存儲(chǔ)器 的所選帶限信道的瞬時(shí)條件最適合的優(yōu)化符號(hào)時(shí)發(fā)生終止。
適者生存方式模擬在自然演進(jìn)中發(fā)生的自然選擇。RBF網(wǎng)絡(luò)是 由三層代表的多層網(wǎng)絡(luò)輸入層、隱藏層和輸出層。RBF網(wǎng)絡(luò)以如 下方式工作輸入層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)將輸入采樣饋送到隱藏層的非線性 處理單元，這些單元又在輸出層中被線性地組合。這可以一皮視為映 射值，其中輸入矢量的維數(shù)和預(yù)定數(shù)學(xué)值產(chǎn)生輸出矢量的維數(shù)自相 似度，該輸出矢量具有改進(jìn)的與性能有關(guān)的符號(hào)性質(zhì)。
比如任何數(shù)字移動(dòng)蜂窩語音信道這樣的GSM語音信道是具有 存儲(chǔ)器的非線性信道。該信道通過GSM增強(qiáng)全速率語音CODEC以 及它如何生成語音采樣來限定。GSM語音CODEC在輸入的語音突 發(fā)到編碼比特塊之間以及從編碼比特塊到重建語音采樣執(zhí)行映射， 從而產(chǎn)生多于八倍的壓縮率和12.2 kbit/s的編碼比特流比特率。用于 壓縮/解壓的編碼方案是代數(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼器(ACELP)。以 其一般形式，該算法對(duì)輸入的語音信號(hào)與語音模型進(jìn)行比較，該語 音模型復(fù)制聲道以及自然聽覺裝置在接收機(jī)側(cè)上的全雙工通信過程 中的效果。
該算法也計(jì)算原聲道與模型之間的誤差。它發(fā)送模型參數(shù)以及 誤差的壓縮表示。在接收機(jī)側(cè)執(zhí)行逆過程以重建原語音信號(hào)。這一 過程涉及到多次量化、差分編碼和反饋回^各，這^f吏得這一 CODEC 成為具有存儲(chǔ)器的高度非線性系統(tǒng)。由于非線性，信道影響依賴于 信號(hào)。雖然對(duì)于人類收聽者而言重建語音可能聽上去酷似原聲，但 是波形在逐采樣進(jìn)行比較時(shí)常常大相徑庭。這造成GSM語音信道不 經(jīng)過某種信道補(bǔ)償實(shí)質(zhì)上就不可用于數(shù)據(jù)發(fā)送。另一方面，CODEC技術(shù)方面很成問題。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例引入一種用以通過GSM lt字語音信道、 CDMA數(shù)字語音信道、VOIP語音信道、MTR語音信道等傳送符號(hào) 數(shù)據(jù)的新穎方式。這一方式不要求顯式信道均衡。相反，它依賴于 在通過信道發(fā)送時(shí)維持它們的可識(shí)別的可分離性的一組符號(hào)以及即 使在編碼-解碼過程明顯地改變符號(hào)之后仍然f &夠識(shí)另1 j該符號(hào)的隨機(jī) 判決設(shè)備。這兩個(gè)組成通過同一演進(jìn)過程來自適應(yīng)于信道?；谏?經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(NN )的判決設(shè)備包含固有信道補(bǔ)償，因?yàn)樗碾[藏層的參 數(shù)已經(jīng)針對(duì)信號(hào)和語音信道而優(yōu)化。這一系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在逐 符號(hào)的基礎(chǔ)上減輕信道的影響，也就是說，將不同的補(bǔ)償模型應(yīng)用 于各符號(hào)。補(bǔ)償模型在算法上與各符號(hào)所應(yīng)用到的通信信道的瞬時(shí) 條件相聯(lián)系。
在圖2中圖示了修改的GSM調(diào)制解調(diào)器56的大體結(jié)構(gòu)。圖2
中的單元分別地具體示出了調(diào)制解調(diào)器的發(fā)射機(jī)57和接收機(jī)58這 兩側(cè)。圖中單元也能夠圖示兩個(gè)不同調(diào)制解調(diào)器如何能夠跨經(jīng)GSM 公共陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(PLMN)網(wǎng)絡(luò)59相互傳送符號(hào)數(shù)據(jù)。在另一解 釋中，該圖示也能夠解釋為一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，其中將該調(diào)制解調(diào)器 的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)側(cè)示出為相結(jié)合地工作的分立實(shí)體。本發(fā)明 一個(gè)
劃分成適當(dāng)量級(jí)的串行到并行十進(jìn)制字69，然后簡(jiǎn)單地使用這些數(shù) 值來對(duì)符號(hào)字典60進(jìn)行尋址，該字典包含通過指定的數(shù)學(xué)過程來限 定的所選矢量符號(hào)，比如符號(hào)1 65a、符號(hào)2 65b、符號(hào)3 65c、符號(hào) 4 65d、符號(hào)N 65e。盡管數(shù)學(xué)方程本身不是唯一的，但正是數(shù)學(xué)的 定量和定性的方程的結(jié)果限定了新穎的算法協(xié)議。這些公開的函數(shù) 使用不同角度的適用遺傳算法(GA)來創(chuàng)建本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所提 供的新穎協(xié)議、處理和過程。
這些過程依賴于比如GSM語音信道這樣的所應(yīng)用到的信道的 物理層、頻域、帶寬和主調(diào)制限制并且根據(jù)這些限制來調(diào)整。這些 參數(shù)用于限定能夠在任何給定時(shí)間點(diǎn)利用的一個(gè)或者多個(gè)字典的限 制或者大小。然而，對(duì)所存儲(chǔ)的符號(hào)字典沒有理論或者實(shí)際的限定 的限制。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的協(xié)作式遺傳算法(GA)的應(yīng)用實(shí) 現(xiàn)了生成n維符號(hào)變化，因此所能限定的唯一限制基于所用存儲(chǔ)系 統(tǒng)的大小以及各符號(hào)所應(yīng)用到和被傳播的信道帶寬。然后，從發(fā)射 機(jī)側(cè)，將與這些限定的頻率、幅度和相位有關(guān)的符號(hào)矢量進(jìn)行級(jí)聯(lián)， 并進(jìn)行成幀處理以構(gòu)成分組以〈更形成所發(fā)送的GSM信號(hào)64a。在經(jīng) 由發(fā)射天線77a和GSM PLMN云59通過語音信道之后，信號(hào)由接 收機(jī)天線77b檢測(cè)，被使用已知同步碼傳遞到具有語音解碼器63的 GSM接收機(jī)。下一步驟是RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在算法上執(zhí)行解碼過程，并 且該解碼過程在物理上包含于解碼器61內(nèi)。
在這一步驟中，該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符號(hào)74并且使用映射方法來輸出 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)矢量，該映射方法由按照似然估計(jì)最大值67而對(duì)應(yīng)的各匹 配濾波器1 66a、 66b、 66c、 66d和66e所隨4幾測(cè)量的所選方程來限
定。這些方程限定了它所標(biāo)識(shí)的最大參數(shù)的索引75的似然函數(shù)76。 這 一 標(biāo)識(shí)過程涉及到各似然函數(shù)如何識(shí)別在所存儲(chǔ)的符號(hào)字典80b 中維護(hù)的對(duì)應(yīng)符號(hào)。接收機(jī)中的各匹配濾波器在算法上對(duì)在發(fā)射機(jī) 的所存儲(chǔ)的符號(hào)字典80b中存儲(chǔ)的各符號(hào)進(jìn)行近似。這是一種筒單 明了且并不復(fù)雜的通信系統(tǒng)，具有由于字典中符號(hào)的生成而具有的 完善性，并且由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的解碼在算法上和物理上包含在接收 機(jī)中。
里德-所羅門(Reed-solomon )信源編碼是用于前向糾錯(cuò)(FEC ) 的直觀選擇，因?yàn)樗砸槐忍刈衷隽慷皇潜忍亓鱽聿僮?。這符合 各符號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)比特進(jìn)行編碼的事實(shí)，因此誤差出現(xiàn)在比特塊中而不 是均勻地線性分布。因此，里德-所羅門碼的能夠以比特字為單位進(jìn) 行糾錯(cuò)的能力使它成為與協(xié)作式遺傳算法(GA)自適應(yīng)多速率調(diào)制 方法相結(jié)合地用于本申請(qǐng)的高效F E C方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在一個(gè)或者多個(gè)可能方式下設(shè)計(jì)調(diào) 制解調(diào)器以實(shí)現(xiàn)通過GSM語音CODEC的數(shù)據(jù)傳送而無損于如國際 標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的常規(guī)數(shù)字語音信道操作。主要?jiǎng)?chuàng)新方式在于設(shè)計(jì)信號(hào)， 更確切地說，在于設(shè)計(jì) 一 組波形，即如下符號(hào)，其被置入到 300-3400Hz語音頻帶范圍并且能夠在它們經(jīng)過語音編碼器之后被成 功地解碼。換言之，數(shù)據(jù)在發(fā)射機(jī)側(cè)57上被映射到這些符號(hào)上而在 接收機(jī)側(cè)58從這些符號(hào)中被提取。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，將數(shù) 據(jù)到符號(hào)里德-所羅門編碼方案和符號(hào)到數(shù)據(jù)里德-所羅門解碼方案 的獨(dú)特應(yīng)用描述如下。這一新穎方法代表了數(shù)據(jù)預(yù)編碼技術(shù)，該技 術(shù)通過具有存儲(chǔ)器的常規(guī)GSM語音帶限信道系統(tǒng)的信道內(nèi)參數(shù)來 限定。數(shù)據(jù)到符號(hào)里德-所羅門編碼器60是如下查找表，該查找表從 輸入比特流68分別映射到符號(hào)65a、 65b、 65c、 65d和65e上，其中 該輸入比特流從串行到并行69十進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換而來，進(jìn)而創(chuàng)建數(shù)據(jù) 輸入字70a。
最適合的符號(hào)73通過在物理上和在算法上包含語音編碼器62 的GSM發(fā)射機(jī)來發(fā)送。GSM發(fā)射機(jī)62傳4番才艮據(jù)GSM業(yè)務(wù)和用戶
信道國際標(biāo)準(zhǔn)來工作的常規(guī)GSM信號(hào)64a。該信號(hào)包含被傳^燔到互 連的天線77a的最適合的符號(hào)73。天線在作為當(dāng)前GSM公共陸地移 動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(PLMN)云59 —部分的所選數(shù)字業(yè)務(wù)信道的限定頻域內(nèi)振 蕩。調(diào)制解調(diào)器接收機(jī)58包含符號(hào)到數(shù)據(jù)里德-所羅門解碼器61, 該解碼器接收所發(fā)送的數(shù)據(jù)字并且使用最大似然估計(jì)(MLE) 67方 法來估計(jì)這些數(shù)據(jù)字。數(shù)據(jù)到符號(hào)編碼過程包括如下步驟將傳入 數(shù)據(jù)比特流劃分成十進(jìn)制字，這些十進(jìn)制字利用這里縮寫為 /=/，2...，7V5"j;/w的方程來表達(dá)，其中^V矽附-27V比特。沒有一個(gè)方程 或者方程組能夠單獨(dú)地表達(dá)在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的定量和定性 的算法過程。因此本發(fā)明不限于這里公開的數(shù)學(xué)方程。使用這些字 來對(duì)包含符號(hào)和如下表的字典D進(jìn)行尋址，該表包括符號(hào)范圍60。 這些符號(hào)被縮放成經(jīng)級(jí)聯(lián)和進(jìn)行成幀處理以構(gòu)成分組的13比特的整 數(shù)。
這些分組然后被饋送到GSM單元中就好像它們形成差分諧波 信號(hào)一樣。這一獨(dú)特的諧波信號(hào)不包括音調(diào)也不模仿人類語音而是
在本質(zhì)上非對(duì)稱的模式中被傳播。這 一 新穎的非對(duì)稱模式被設(shè)計(jì)為 優(yōu)化信號(hào)的效率。除了對(duì)于語音CODEC具有魯棒性之外，所設(shè)計(jì)的 信號(hào)還必須充分地類似于語音以免在GSM系統(tǒng)中引起報(bào)警。GSM 語音活動(dòng)檢測(cè)(VAD)是設(shè)計(jì)為在沒有語音時(shí)避免發(fā)送的技術(shù)。VAD 持續(xù)地監(jiān)視信號(hào)活動(dòng)以確定語音存在還是只不過是噪聲。如果它推 斷沒有語音則取消發(fā)送。這可能造成通過GSM信道發(fā)送數(shù)據(jù)的問 題，因?yàn)樵诒景l(fā)明的這一 實(shí)施例之下的非對(duì)稱信號(hào)擁有類似于白噪 聲的特征。為了保證VAD表明有語音存在，在近似地等于80ms或 者四個(gè)20毫秒(ms)的語音信道突發(fā)的時(shí)間尺度上動(dòng)態(tài)地改變信號(hào) 的頻譜包絡(luò)就足夠了。 80ms是VAD引擎用來收集關(guān)于語音信號(hào)的 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的時(shí)間區(qū)間。為了實(shí)施這一點(diǎn)，發(fā)射機(jī)能夠每80ms或者更 短時(shí)間就在設(shè)計(jì)為具有不同頻譜形狀的兩個(gè)或者更多符號(hào)字典之間 動(dòng)態(tài)地切換一次。當(dāng)然，這意^未著要在接收才幾側(cè)同步地執(zhí)行同一切 換過程。能夠通過改變按照所選傅立葉變換而導(dǎo)出和生成的有效傅
立葉二進(jìn)制文件(Fourier bin)來生成具有不同頻譜形狀的字典。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的非對(duì)稱倍頻脈沖數(shù)據(jù)(OPD)符號(hào)數(shù) 據(jù)信號(hào)是通過生成差分諧波的不同八度音階并快速改變諧波節(jié)拍脈 沖模式來產(chǎn)生的，這些脈沖模式擁有獨(dú)特的諧波頻移以及幅度和相 位相互關(guān)系。這些獨(dú)特的量產(chǎn)生了等同于文字?jǐn)?shù)字式字符等的符號(hào)。 這些新穎的相互關(guān)系包括由引擎/模塊生成的符號(hào)字。在GSM單元 中，它們經(jīng)過語音編碼器、根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)制并且被通過當(dāng)前服 務(wù)PLMN云59在空中接口上發(fā)送。在接收才幾58側(cè)，傳入信號(hào)由天 線77b檢測(cè)、由GSM接收器/語音解碼器63解調(diào)和傳遞。
然后，GSM單元輸出符號(hào)74被饋送到符號(hào)到數(shù)據(jù)解碼器58, 該解碼器對(duì)符號(hào)分組進(jìn)行解封裝并且確定第一符號(hào)的開頭。解碼器/ 匹配濾波器66a、 66b、 66c、 66d和/或66e檢測(cè)各接收符號(hào)并且判斷 哪個(gè)符號(hào)最有可能已經(jīng)被發(fā)送。符號(hào)在字典中的索引代表了對(duì)發(fā)送 十進(jìn)制字的估計(jì)，其又被轉(zhuǎn)換成輸出字70b，該輸出字又被從并^f亍數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)71,然后被饋送到輸出數(shù)據(jù)比特流72。 GSM標(biāo) 準(zhǔn)當(dāng)前支持四種語音壓縮技術(shù)全速率、增強(qiáng)全速率、自適應(yīng)多速 率和半速率。語音CODEC或者語音編碼器纟皮i殳計(jì)為在發(fā)射機(jī)處壓縮 語音信號(hào)而在接收機(jī)處準(zhǔn)確地再生該語音信號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例中，分辨率為13比特而采樣速率為8kHz的數(shù)字化語音信號(hào)形 成對(duì)GSM語音CODEC的輸入。編碼器提取語音參數(shù)，這些參數(shù)然 后被組織成比特流。語音編碼器的輸出速率視它的類型而定。
參數(shù)化的壓縮語音信號(hào)根據(jù)GSM規(guī)范來編碼和調(diào)制并且通過 空中接口發(fā)送。在解調(diào)之后，比特被饋送到語音解碼器中以合成原 語音。本發(fā)明主要利用GSM增強(qiáng)全速率語音CODEC (EFRV),因 為它針對(duì)符號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送這一目的而實(shí)現(xiàn)GSM語音信道上的最佳性 能參數(shù)。然而，該方式應(yīng)當(dāng)足夠一般化以便能夠應(yīng)用于任何語音 CODEC和它所創(chuàng)建的信道。EFRV是有損語音CODEC,該CODEC 執(zhí)行輸入的語音突發(fā)到編碼比特塊之間的映射以及從編碼比特塊至ij 重建語音采樣的映射，這產(chǎn)生了 8.5倍的壓縮率和12.2kb/s的編碼比
特流比特率。用于壓縮/解壓的編碼方案是代數(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼
器(ACELP) 。 EFRAM吏用10階短期線性預(yù)測(cè)和長期線性預(yù)測(cè)濾波 器。利用自適應(yīng)和代數(shù)碼本的組合來激勵(lì)這些濾波器。GSM CODEC 輸出比特壓縮的變型提供了壓縮速率、kb/s倍算法全速率13 8 RTE-LTP、增強(qiáng)全速率12.2 8.5 ACELP、半速率5.6 18.4 VSELP、 AMR 12.2 8 ACELP、 10.2 10.2 ACELP、 7.95 13.1 ACELP、 7.4 14.1 ACELP、 6.7 15.5 ACELP、 5.9 17.6 ACELP、 5.15 20.2 ACELP和4.75 21.9 ACELP激勵(lì)矢量。
實(shí)施例引入從數(shù)學(xué)搜索問題導(dǎo)出的符號(hào)設(shè)計(jì)。在頻域中生成這 些符號(hào)，使得不允許在指定帶寬和有效輻射功率(EPR)以外生成所 選頻率。這一功率電平被連續(xù)地歸 一化以便適合所應(yīng)用到的標(biāo)準(zhǔn)化 信道以及避免對(duì)指定操作標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)避。同時(shí)，這些符號(hào)應(yīng)當(dāng)具有足 夠魯棒性以便在經(jīng)過語音CODEC之后仍然可識(shí)別。這一魯棒性是能 夠以誤碼率來表達(dá)的相對(duì)測(cè)量。因此，頻帶限制和功率統(tǒng)一性(unity) 形成了對(duì)代表代價(jià)函數(shù)的用于魯棒符號(hào)的搜索空間的約束。用于優(yōu) 化問題的搜索空間能夠用作為其頻譜包含于頻率區(qū)間中的在時(shí)間上 的長度采樣的所有離散符號(hào)。最小Hz和最大Hz頻率應(yīng)當(dāng)在語音頻 帶300-3400Hz內(nèi)，但是它們的實(shí)際值按照指定的主GSM載波要求 來規(guī)定，這些要求甚至要求附加的性能約束。搜索空間也按照符號(hào) 功率來約束，使得各符號(hào)的總功率被歸一化。
用于符號(hào)的最簡(jiǎn)單的代價(jià)函數(shù)如下與符號(hào)被通過語音編碼器 而發(fā)送的次數(shù)相比而言對(duì)錯(cuò)誤檢測(cè)的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在實(shí)踐中，通 過將大量隨機(jī)數(shù)據(jù)編碼成符號(hào)來計(jì)算用于所有符號(hào)的代價(jià)函數(shù)，然 后使它們經(jīng)過語音CODEC，包括語音編碼和解碼處理。這伴隨著在 對(duì)符號(hào)誤檢測(cè)的次數(shù)與各特定符號(hào)經(jīng)過語音CODEC的總次數(shù)進(jìn)行 比較的同時(shí)應(yīng)用符號(hào)到數(shù)據(jù)解碼過程的最大似然估計(jì)(MLE)方法。 就限定搜索空間和代價(jià)函數(shù)而言，存在受約束的最小化問題。由于 符號(hào)的離散特性，搜索空間是有限維度的，其中該搜索空間具有與 符號(hào)中的采樣數(shù)目成比例的維度結(jié)構(gòu)。因此，搜索空間潛在地具有
很大的維數(shù)。代價(jià)函數(shù)按照語音編碼器的輸出來限定，而它在以分 析方式來表達(dá)方面往往很成問題。然而，代價(jià)函數(shù)擁有一些已知特
征非線性，其直接地來自語音編碼器性質(zhì)；用于不同符號(hào)的代價(jià) 函數(shù)將不是獨(dú)立的。該事實(shí)涉及本發(fā)明對(duì)最大似然估計(jì)(MLE)解 碼過程的使用，這意味著符號(hào)越相似，就符號(hào)可分離性而言它們就 越難被區(qū)分。此外，語音編碼器還具有存儲(chǔ)器，因此對(duì)當(dāng)前符號(hào)的 影響依賴于語音編碼器對(duì)經(jīng)過它的符號(hào)的影響。圖3圖示了符號(hào)空 間以及經(jīng)過語音編碼器的符號(hào)的理想化圖示。該圖也圖示了語音編 碼器對(duì)符號(hào)的影響。
參照?qǐng)D3，平面S81代表了多維搜索空間模型，該模型包括符 號(hào)67 82、 W83、 84、 5^85、 86、 87作為信道中的系統(tǒng)樣 式點(diǎn)，這些點(diǎn)在這里在以圖形方式指定和表達(dá)為曲線LI 92a、 L2 93a 和直線LI 92b和L2 93b。圍繞各點(diǎn)的圓圏覆蓋針對(duì)各對(duì)應(yīng)輸入符號(hào) 的所有可能語音編碼器輸出的99%。這里表示為88a、 88b、 88c、 88d、 88e、 88f、 88g、 88h、 88i、 88j和88k的黑色陰影區(qū)對(duì)應(yīng)于能 夠在視覺上和在數(shù)學(xué)上限定，即在各相鄰非線性符號(hào)之間可預(yù)測(cè)地 限定的錯(cuò)誤概率。沿著曲線和重疊圓圏對(duì)符號(hào)的相互影響進(jìn)行可視 化是更便利的，其中各曲線和重疊圓圈經(jīng)過所關(guān)注的符號(hào)并且限定 的量值是所有可能符號(hào)組合的數(shù)目。圓圏89a、 89b、 89c、 89d、 89e、 89f和鈴形曲線90a、 90b、 90c、 90d、 90e、 90f、 90g和90h表示在 通過語音CODEC傳遞信號(hào)之后符號(hào)出現(xiàn)的概率。當(dāng)這些概率分布 91a、 91b、 91c、 91d、 91e、 91f、 91g和90h重疊時(shí)出現(xiàn)4晉誤。因此， 重疊程度越大，任一符號(hào)大小的代價(jià)函數(shù)、每采樣的符號(hào)數(shù)目以及 符號(hào)經(jīng)過語音編碼器/信道的速度就越高。應(yīng)當(dāng)注意，錯(cuò)誤誤檢測(cè) (misdetection )可能在來自符號(hào)集的任何符號(hào)之間潛在地發(fā)生。本 發(fā)明被設(shè)計(jì)為從搜索空間中找到符號(hào)集，使得這一符號(hào)集的符號(hào)成 員的概率分布具有等于更高符號(hào)分辨率的最小重疊程度。這能夠通 過性能代價(jià)函數(shù)(PCF)最小化來實(shí)現(xiàn)。
在協(xié)作式GA中，整個(gè)群體構(gòu)成單個(gè)字典，其中該群體的各成
員包括單個(gè)符號(hào)。該過程的結(jié)果不是單個(gè)最優(yōu)個(gè)體而是適于互補(bǔ)的 個(gè)體群體，其中整個(gè)群體代表符號(hào)字典。為了以這一方式成功地開
發(fā)符號(hào)字典，各單獨(dú)符號(hào)必須演進(jìn)到占據(jù)它自身的生態(tài)位(niche)， 也就是說，它必須不但在它自己的權(quán)限中表現(xiàn)良好，即在本發(fā)明的 情況下，應(yīng)當(dāng)以最小的失真來進(jìn)行通過語音CODEC對(duì)符號(hào)的傳送， 而且與其它符號(hào)足夠地不同以至于能夠通過最大似然估計(jì)MLE符號(hào) 解碼器來可靠地區(qū)分它們。如何在群體成員之間發(fā)展這一協(xié)作式行 為在GA文獻(xiàn)中稱為^在位化("/c/z/"g) /7邀。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過選擇GA適合度函數(shù)來實(shí)現(xiàn)占 據(jù)它們自身生態(tài)位的個(gè)體的演進(jìn)，其中該函數(shù)隱含地有利于與其它 符號(hào)不同的那些個(gè)體。本發(fā)明利用協(xié)作式GA方式。在四個(gè)步驟中 限定生成符號(hào)的過程。
步驟(A)生成初始符號(hào)集在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù) 所選協(xié)作式GA策略，個(gè)體si， 1=1,2，...， A^v附的整個(gè)群體S構(gòu)成單 個(gè)符號(hào)集。各單獨(dú)符號(hào)si構(gòu)成A^z附個(gè)基于時(shí)間的采樣。在頻域中
生成符號(hào)使得它們?cè)谒x時(shí)域中是實(shí)數(shù)。為了使信號(hào)在時(shí)域中為實(shí) 數(shù)，針對(duì)根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方程在圖4中表示為復(fù)數(shù)G7t的 復(fù)頻譜102的符號(hào)生成過程101,要求如下條件。通過對(duì)實(shí)頻語94 的偶數(shù)96和虛頻i普95的奇數(shù)97進(jìn)行組合99，按照逆離散傅立葉變 換(DFT)歸一化98將符號(hào)100變換到時(shí)域中。這是一種生成符號(hào) 的高效方式，該方式保證了符號(hào)置入到由設(shè)計(jì)所指定的頻帶中。
步驟(B)選擇最適合的符號(hào)選擇是如下過程，在該過程中 選擇更適合的個(gè)體以產(chǎn)生下一代的后代。更適合的符號(hào)具有更低的 代價(jià)函數(shù)值。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制解調(diào)器加載有形成當(dāng)前群體的 符號(hào)字典。偽隨機(jī)數(shù)據(jù)流然后被編碼成通過語音編碼器發(fā)送的符號(hào)。 在接收機(jī)側(cè)由MLE解碼器提取數(shù)據(jù)，并且根據(jù)指定方程來計(jì)算用于 各符號(hào)的代價(jià)函數(shù)。僅針對(duì)父?jìng)€(gè)體引入選擇壓力，即從群體中刪除 最不適合的父?jìng)€(gè)體以便讓出空間給下一代的后代。排序選擇用來從 配對(duì)池中選擇將產(chǎn)生下一代后代的個(gè)體對(duì)。它基于個(gè)體符號(hào)的排序
來分配概率，忽略絕對(duì)適合度值。根據(jù)配對(duì)池中的個(gè)體符號(hào)的適合 度來對(duì)它們進(jìn)行排序，然后為它們分配數(shù)學(xué)上限定的計(jì)數(shù)。該計(jì)數(shù) 是排序表中的符號(hào)位置。最佳個(gè)體得到排序1,次佳個(gè)體得到排序2， 依此類推。然后通過本領(lǐng)域已知的特定數(shù)學(xué)方程來表達(dá)選擇概率，
其中特定量值是常數(shù)，使得數(shù)學(xué)量值控制父?jìng)€(gè)體分布的斜率常數(shù) 越接近l，父?jìng)€(gè)體就被朝著越適合的個(gè)體來加纟又；并且父?jìng)€(gè)體選擇等 于#個(gè)#子。然后，按照一個(gè)"螺線"輪旋轉(zhuǎn)來選擇父?jìng)€(gè)體。針對(duì)各 #0#個(gè)后代生成兩個(gè)父?jìng)€(gè)體。
步驟(C)產(chǎn)生新符號(hào)并且更新符號(hào)集新符號(hào)生成過程包括 兩個(gè)部分雜交和突變。雜交和突變針對(duì)符號(hào)的頻域表示進(jìn)行操作 以便保證它們的頻譜沒有擴(kuò)展到所選信道環(huán)境的頻帶限制以外。雜 交通過雜交過程來產(chǎn)生新后代，其中通過交換所選父?jìng)€(gè)體的特征 來生成新個(gè)體。當(dāng)實(shí)數(shù)矢量代表父?jìng)€(gè)體時(shí)，這代表了實(shí)編碼遺傳算 法(GA),利用了混合雜交，即一種本領(lǐng)域已知的數(shù)學(xué)過程。已知 該過程用以提供探查和利用的令人滿意的組合。下一步驟是將所選 的兩個(gè)父?jìng)€(gè)體相應(yīng)地標(biāo)記為第一代和第二代。
突變突變過程是為了保持群體的多樣性并且在當(dāng)前群體的個(gè) 體所不能代表的解空間中促進(jìn)搜索。根據(jù)這一過程，隨機(jī)選擇的后 代頻率表示的單個(gè)單元被隨機(jī)復(fù)變量所取代。在后代生成中使用的 兩個(gè)遺傳算子具有非統(tǒng)一的發(fā)生概率。通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇雜交的概 率和突變的概率。當(dāng)沒有應(yīng)用雜交時(shí)，將第一父?jìng)€(gè)體直接地復(fù)制到 后代生成中。然后照常應(yīng)用(或不應(yīng)用)突變算子。生成的后代"0"
之后，它們?nèi)〈后w中最不適合的父?jìng)€(gè)體。
步驟(D)迭代周期(epoch):重復(fù)步驟B和C直至滿足如下 條件之一實(shí)現(xiàn)目標(biāo)誤碼率Q或者已經(jīng)通過最大lt目iV印oc/z個(gè)周 期。周期的數(shù)目必須選擇得足夠大以便允許GA收斂。雖然在各周 期中替換群體中的大部分個(gè)體可以實(shí)現(xiàn)快速演進(jìn)，但是它以大的殘 留誤差為條件并且可能造成不穩(wěn)定。為了解決這一問題，應(yīng)用精英
策略的變型。每#0#個(gè)周期生成的后代數(shù)目在每A^edw"個(gè)周期被
減少 一 個(gè)，由此最小化了殘留誤差并且提供了 "更平滑的"自適應(yīng)。
為實(shí)現(xiàn)正確操作，這要求周期數(shù)目7V印oc/ 等于后代的初始數(shù)目乘以 iVr^/w"，因此在操作最后M^/wc/代的最終階段中，在每一代都有 一個(gè)后代被替換。如果對(duì)于本申請(qǐng)而言沒有明顯的目標(biāo)誤碼率，或 者它僅僅應(yīng)當(dāng)盡可能地低，則允許該算法針對(duì)完全的iV印oc/z而迭代。 作為另 一選擇，如果對(duì)于某 一 時(shí)間段而言沒有任何改進(jìn)則可以停止 符號(hào)生成過程。新符號(hào)和步驟(D)迭代周期重復(fù)步驟B和C直 至產(chǎn)生充分優(yōu)化的符號(hào)集或者超過最大數(shù)目的迭代。在步驟(A)中， 根據(jù)所選GA策略，如圖3中所示，整個(gè)群體S 81構(gòu)成單個(gè)符號(hào)集。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地想到本發(fā)明的另外的目的和優(yōu) 點(diǎn)。本發(fā)明在其更廣泛的方面中不限于所示和所述特定細(xì)節(jié)、代表 性的設(shè)備和說明性的例子。因而，在不脫離所附權(quán)利要求及其等同 形式所限定的廣義發(fā)明裝置和方法的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，可以對(duì) 這樣的細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于優(yōu)化通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，包括利用含多個(gè)個(gè)體的群體來代表所述通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)體對(duì)應(yīng)于在所述通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的符號(hào)和在所述通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的隱藏神經(jīng)元；以及使用遺傳算法對(duì)所述群體進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)相繼代的處理，所述各代的處理包括從該代的個(gè)體中導(dǎo)出該代的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；測(cè)試該代的所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；基于所述測(cè)試對(duì)該代中的各個(gè)體排序；基于所述排序從該代中刪除第一組個(gè)體；從該代中一個(gè)或者多個(gè)所選個(gè)體對(duì)中的各個(gè)體對(duì)中導(dǎo)出后代個(gè)體；以及將所述后代個(gè)體添加到所述群體，所述添加用以獲得所述群體的后繼代。
2. —種方法，包括使用由根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法導(dǎo)出的符 號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行編碼。
3. —種方法，包括使用從根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法導(dǎo)出的神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行解碼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)通信是在帶限非 線性信道上進(jìn)行的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)通信是在通信網(wǎng) 絡(luò)的僅語音信道上進(jìn)行的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述通信網(wǎng)絡(luò)是全球移動(dòng) 通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中一代的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是徑向基 函數(shù)網(wǎng)絡(luò)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中各個(gè)體包括第一基因，代表所述對(duì)應(yīng)符號(hào)的有效頻率內(nèi)容；第二基因，代表用于所述對(duì)應(yīng)隱藏神經(jīng)元的激活函數(shù)的中心矢量；第三基因，代表用于所述對(duì)應(yīng)隱藏神經(jīng)元的所述激活函數(shù)的寬度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從該代中一個(gè)或者多個(gè)所體對(duì)的成員的概率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中從該代中一個(gè)或者多個(gè)概率及其組合中的一個(gè)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一組中的個(gè)體數(shù) 目在相繼的兩代之間減少。
12. —種具有可執(zhí)行指令的機(jī)器可讀介質(zhì)，所述可執(zhí)行指令在 執(zhí)行時(shí)使機(jī)器執(zhí)行包括以下步驟的方法利用含多個(gè)個(gè)體的群體來代表通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)體對(duì)應(yīng)于在 所述通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的符號(hào)和在所述通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的隱藏神 經(jīng)元；以及使用遺傳算法對(duì)所述群體進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)相繼代的處理，所述 各代的處理包括從該代的個(gè)體中導(dǎo)出該代的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 測(cè)試該代的所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 基于所述測(cè)試對(duì)該代中的各個(gè)體排序； 基于所述排序從該代中刪除第 一 組個(gè)體；從該代中一個(gè)或者多個(gè)所選個(gè)體對(duì)中的各個(gè)體對(duì)中導(dǎo)出后 代個(gè)體；以及將所述后代個(gè)體添加到所述群體，所述添加用以獲得所述 群體的后繼代。
13. —種方法，包括使用由根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)導(dǎo)出的符號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行編碼。
14. 一種方法，包括使用從根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介 質(zhì)導(dǎo)出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行解碼。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)通信是在帶限 非線性信道上進(jìn)行的。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)通信是在通信 網(wǎng)絡(luò)的僅語音信道上進(jìn)行的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述通信網(wǎng)絡(luò)是全球移 動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中一代的神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)是徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中各個(gè)體包括 第一基因，代表所述對(duì)應(yīng)符號(hào)的有效頻率內(nèi)容；第二基因，代表用于所述對(duì)應(yīng)隱藏神經(jīng)元的激活函數(shù)的中心矢曰第三基因，代表用于所述對(duì)應(yīng)隱藏神經(jīng)元的所述激活函數(shù)的寬度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中從該代中一個(gè)計(jì)算變成個(gè)體對(duì)的成員的概率。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中從該代中一個(gè)率、雜交概率及其組合中的一個(gè)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其中所述第一組中 的個(gè)體數(shù)目在相繼的兩代之間減少。
23. —種裝置，包括建模部件，用以利用含多個(gè)個(gè)體的群體來代表所述通信神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)，各個(gè)體對(duì)應(yīng)于在所述通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的符號(hào)和在所述通信 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的隱藏神經(jīng)元；以及測(cè)試部件，用以使用遺傳算法對(duì)所述群體進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)相繼代的處理，所述各代的處理包括從該代的個(gè)體中導(dǎo)出該代的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；測(cè)試該代的所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；基于所述測(cè)試對(duì)該代中的各個(gè)體排序；基于所述排序從該代中刪除第 一 組個(gè)體；從該代中一個(gè)或者多個(gè)所選個(gè)體對(duì)中的各個(gè)體對(duì)中導(dǎo)出后 代個(gè)體；以及將所述后代個(gè)體添加到所述群體，所述添加用以獲得所述 群體的后繼代。
24. —種方法，包括使用由根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置導(dǎo)出的 符號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行編碼。
25. —種方法，包括使用從根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置導(dǎo)出的 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行解碼。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)通信是在帶限 非線性信道上進(jìn)行的。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)通信是在通信 網(wǎng)絡(luò)的 <又語音信道上進(jìn)行的。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述通信網(wǎng)絡(luò)是全球移 動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)網(wǎng)絡(luò)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中一代的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是徑向 基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中各個(gè)體包括 第一基因，代表所述對(duì)應(yīng)符號(hào)的有效頻率內(nèi)容；第二基因，代表用于所述對(duì)應(yīng)隱藏神經(jīng)元的激活函數(shù)的中心矢量；第三基因，代表用于所述對(duì)應(yīng)隱藏神經(jīng)元的所述激活函數(shù)的寬度。
31. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中從該代中一個(gè)或者多個(gè)個(gè)體對(duì)的成員的概率。
32. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中從該代中一個(gè)或者多個(gè)概率及其組合中的一個(gè)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述第一組中的個(gè)體數(shù) 目在相繼的兩代之間減少。
全文摘要
一種使用遺傳算法為通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選擇優(yōu)化編碼符號(hào)和解碼參數(shù)的方法。對(duì)代表通信神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的符號(hào)和參數(shù)的個(gè)體群體進(jìn)行相繼幾代的演進(jìn)，以創(chuàng)建越來越有效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征。在一個(gè)實(shí)施例中，在通信網(wǎng)絡(luò)的帶限非線性信道上實(shí)施最終優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H04L1/00GK101194452SQ200680018361
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者C·K·拉迪尤 申請(qǐng)人:同流技術(shù)控股有限公司