基于GRU网络的MQAM调制信号检测算法matlab仿真,对比LSTM

1.算法仿真效果

matlab2022a仿真结果如下（完整代码运行后无水印）：

 

 

 

 

仿真操作步骤可参考程序配套的操作视频。

 

2.算法涉及理论知识概要

       正交幅度调制（QAM）是一种广泛应用于现代通信系统中的调制技术，其具有较高的频谱效率和抗噪声性能。随着通信技术的不断发展，对 QAM 调制信号的准确检测变得至关重要。传统的信号检测方法在复杂的通信环境下可能面临性能下降的问题。近年来，深度学习技术，特别是循环神经网络（RNN），在信号处理领域展现出了巨大的潜力。门控循环单元（GRU）网络作为一种改进的 RNN 结构，具有更高效的训练和更好的性能表现。

 

       QAM 是一种将幅度调制和相位调制相结合的调制方式。对于 M-QAM（M 为调制阶数，如 16QAM、32QAM、64QAM、128QAM 等），信号可以表示为：

 

 

 

       GRU 是一种门控循环单元，它的主要目的是解决传统 RNN 在处理长序列数据时出现的梯度消失和梯度爆炸问题。GRU 由更新门和重置门组成。

 

 

 

GRU 的计算过程:

 

 

 

      基于 GRU 网络的 QAM 调制信号检测算法通过利用 GRU 的门控机制，能够有效地提取 QAM 调制信号的时间序列特征，实现对不同调制阶数（16QAM、32QAM、64QAM、128QAM）的准确检测。与 LSTM 相比，GRU 具有更少的参数和更快的训练速度，在一些情况下(snr较低时)能够取得与 LSTM 相当甚至更好的性能，而当SNR较高时，LSTM性能则优于GRU。在实际应用中，可以根据具体的需求和计算资源选择合适的网络结构。

 

3.MATLAB核心程序

%调制：16:16QAM,64:64QAM
Midxs     = [16,32,64,128];
YTest = categorical(YTest,[1 0],{'Y','N'});
 
 
False_detect  = zeros(length(YTest(1,:)),1); 
Miss_detect   = zeros(length(YTest(1,:)),1); 
Accuracy      = zeros(length(YTest(1,:)),1);
count1        = 0;
count2        = 0;
for ij=1:length(YTest(1,:))
    %调用模型进行预测识别
    temp = classify(net,XTest(:,ij));
    
    for n=1:length(temp)
        if YTest(n,ij) == 'Y'
            if temp(n) ~= YTest(n,ij)
                False_detect(ij) = False_detect(ij) + 1;
            end
            count1 = count1 + 1;
        end    
        if YTest(n,ij) == 'N'
            if temp(n) ~= YTest(n,ij)
                Miss_detect(ij) = Miss_detect(ij) + 1;
            end
            count2 = count2 + 1;
        end
    end
    False_detect(ij) = False_detect(ij)/count1;
    Miss_detect(ij)  = Miss_detect(ij)/count2;
    Accuracy(ij)     = 1 - sum(temp~=YTest(:,ij))/length(temp);
end
 
SNR = [-40 : 2 : 10];
 
% 绘制准确率图
if Midx == 16
    save R\gru_1.mat SNR Accuracy  Miss_detect False_detect
end
if Midx == 32
    save R\gru_2.mat SNR Accuracy  Miss_detect False_detect
end
if Midx == 64
    save R\gru_3.mat SNR Accuracy  Miss_detect False_detect
end
if Midx == 128
    save R\gru_4.mat SNR Accuracy  Miss_detect False_detect
end
end