《Over the Air Deep Learning Based Radio Signal Classification》思維導圖

制作了論文的思維導圖,用于學習和交流

2018-Over the Air Deep Learning Based Radio Signal Classification.jpg

Over the air deep learning based radio signal classification

1. 論文針對問題

1.1. 利用CV領域的深度學習網(wǎng)絡+OTA借杰、合成數(shù)據(jù)實現(xiàn)調(diào)制信號的分類識別

2. 問題的解決方法

2.1. 思路

  1. 利用最新深度學習的深度網(wǎng)絡resnet來訓練模型搁拙,進行調(diào)制信號的識別

2.2. 數(shù)據(jù)集

2.2.1. 標簽

  1. Normal Classes

OOK, 4ASK, BPSK, QPSK, 8PSK, 16QAM, AM-SSB-SC, AM-DSB-SC, FM, GMSK, OQPSK

  1. Difficult Classes

OOK, 4ASK, 8ASK, BPSK, QPSK, 8PSK, 16PSK, 32PSK, 16APSK, 32APSK, 64APSK, 128APSK, 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM, AM-SSB-WC, AM-SSB-SC, AM-DSB-WC, AM-DSB-SC, FM, GMSK, OQPSK

2.2.2. 生成方法

several simulated wireless channels generated from the model

1

over the air (OTA) transmission channel of clean signals with no synthetic channel impairments

2
3

channel initialization of variables

4

2.3. 模型

Baseline Method

  1. 思路

leverages the list of higher order moments and other aggregate signal behavior statistics given in table

5
  1. 方法

2.1. baseline模型 :XGBoost

數(shù)據(jù) 特征:1024樣本統(tǒng)計特征

數(shù)據(jù) 降維 :1024?2維→28維

效果:outperforms a single decision tree or support vector machine (SVM) significantly on the task

2.2. Convolutional Neural Network

思路:CNN在CV中的運用地非常好

模型: VGG

濾波器:最小 3x3

池化層:最小 2x2

效果: This represents a simple DL CNN design approach which can be readily trained and deployed to effectively accomplish many small radio signal classification tasks

優(yōu)勢: 無需手動提取特征(do not perform any expert feature extraction or other pre-processing on the raw radio signal , instead allowing the network to learn raw time-series features directly on the high dimension data)

2.3. Residual Neural Network

思路: 更深的網(wǎng)絡模型+殘差網(wǎng)絡特性奔脐,提供更好的性能

模型: ResNet

6

residual unit

6

stack of residual units

7

調(diào)整:全連接層激活函數(shù) the scaled exponential linear unit (SELU),a slight improvement over conventional ReLU performance,not ReLU

對比:

RestNet:236,344 參數(shù)
CNN/VGG:257,099 參數(shù)

3. SENSING PERFORMANCE ANALYSIS

A. Classification on Low Order Modulations

高SNR: VGG/CNN和ResNet差不多滞谢,ResNet 比 baseline 獲得大概 5dB 優(yōu)勢
ResNet: 99.8%, VGG: 98.3%, Baseline: 94.6%

0

B. Classification under AWGN conditions

數(shù)據(jù): N = 239, 616 examples

模型: L = 6 residual stacks

效果: the best performance at both high and low SNRs on the difficult dataset by a margin of 2-6 dB in improved sensitivity for equivalent classification accuracy.

0

C. Classification under Impairments

效果:

  1. ResNet

ResNet performance improves under LO offset rather than degrading.

At high SNR performance ranges from around 80% in the best case down to about 59% in the worst case.

0
  1. Baseline

in the best case at high SNR this method obtains about 61% accuracy while in the worst case it degrades to around 45% accuracy

0

D. Classifier performance by depth

L=5:121 layers, 229k trainable parameters

L = 0: 25 layers and 2.1M trainable parameters

0

E. Classification performance by modulation type

10dB SNR 可以讓所有調(diào)制類型都達到80%以上的正確率

0

融合矩陣中error最大的調(diào)制類型

  1. high order phase shift keying (PSK) (16/32-PSK)

  2. high order quadrature amplitude modulation (QAM) (64/128/256-QAM)

  3. AM modes (confusing with-carrier (WC) and suppressed-carrier (SC)

  4. high order QAM and PSK can be extremely difficult to tell apart through any approach

0

F. Classifier Training Size Requirements

樣本數(shù)量:
4-8k樣本: 模型正確率為隨機

100M樣本左右: 提升5-20%

200萬的所有數(shù)據(jù)訓練: 單個 NVIDIA V100 GPU (125Tera-FLOPS) 需要花費大約16小時

從100M提升到200M:并沒有看到非常大的性能提升;在高SNR時除抛,正確率大約都為95%

0
0

單個樣本序列長度

0

G. Over the air performance

利用USRP裝置狮杨,生成了1.44M的數(shù)據(jù)集

利用NVIDIA V100 GPU訓練了大約14小時

所有樣本在SNR為10dB,測試集正確率為95.6%

0

H. Transfer learning over-the-air performance

思路: 利用遷移學習把訓練好的模型做資源整合利用到忽;freeze 網(wǎng)絡參數(shù)橄教, 再次訓練時只更新租后的3層全連接層

方法: 利用ResNet在1.2M合成數(shù)據(jù)中訓練,然后在OTA樣本中測試

no fine-tuning:24類中喘漏,正確率為64% - 80%

fine-tuning:24類中护蝶,正確率在84%-96%

0
0
0

4. 總結(jié)

4.1. 很不錯

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