基于最小误码率准则的水下通信Turbo接收系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于最小误码率准则的水下通信Turbo接收系统及方法，即SISO均衡器使用的是最小误码率准则，将Turbo码的前级译码器结构替换为SISO均衡器，将均衡器输出的外部软信息与译码器输出的外部软信息进行循环迭代。所述接收系统包括：最小误码率均衡模块、解交织模块、MAP译码器模块、判决模块、交织模块以及映射模块。本发明专利技术直接基于最小误码率设计水声信道均衡器，采用Turbo结构，均衡器和信道解码器之间迭代交换软信息，Turbo接收机的均衡器在每一次迭代中基于最小误符号率准则更新。具有灵活性高、均衡效果好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字无线通信技术，特别涉及一种基于最小误码率准则的水下通信Turbo接收系统及方法，是一种在通信系统接收端的信道均衡技术，主要应用在复杂水声环境中。
技术介绍
海洋占地球面积的71％，它拥有14亿立方千米的体积。在海底及海洋中，蕴藏着极其丰富的生物资源和矿产资源，大海洋的探索和开发具有极强的吸引力。水下声波通信时目前最可行的水下探测和通信手段。在水声通信发展的初期，人们对水声通信系统的性能要求通常并不是很高，但随着人类海洋研究的不断深入，对于水声通信系统的效率和可靠性也提出了更高的要求，这使得仅使用传统的通信技术已经不能达到相应的技术要求。因此许多新方法、新技术被引入到了水声通信领域，Turbo均衡技术就是其中之一。一种由华南理工大学提供的基于最小误码率准则的自适应信道均衡器(中国专利技术专利号：CN102916916B)，这种自适应均衡器包括误码指示模块与均衡模块，均衡模块包含滤波器和系数更新单元。均衡方法包括：设置滤波系数初始值；设置控制参数值；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最小误码率准则的水下通信Turbo接收系统，其特征在于，所述接收系统包括：最小误码率均衡模块、解交织模块、MAP译码器模块、判决模块、交织模块以及映射模块；所述最小误码率均衡模块，与所述解交织模块相连，用于对接收到的信号rk进行自适应滤波并根据最小误码率的迭代算法输出外部比特软信息序列LE(xk)；所述解交织模块，与所述MAP译码器相连，用于将所述比特软信息序列LE(xk)解交织处理恢复正确的数据顺序并将解交织后的软信息LE(bk)传送给所述MAP译码器模块；所述MAP译码器模块，该模块利用MAP算法结合对数似然比形式的软信息LE(bk)进行译码，并输出新的用于反馈的软信息LD(bk)...

【技术特征摘要】
1.一种基于最小误码率准则的水下通信Turbo接收系统，其特征在于，
所述接收系统包括：最小误码率均衡模块、解交织模块、MAP译码器模块、
判决模块、交织模块以及映射模块；
所述最小误码率均衡模块，与所述解交织模块相连，用于对接收到的信号
rk进行自适应滤波并根据最小误码率的迭代算法输出外部比特软信息序列
LE(xk)；
所述解交织模块，与所述MAP译码器相连，用于将所述比特软信息序列
LE(xk)解交织处理恢复正确的数据顺序并将解交织后的软信息LE(bk)传送给所
述MAP译码器模块；
所述MAP译码器模块，该模块利用MAP算法结合对数似然比形式的软
信息LE(bk)进行译码，并输出新的用于反馈的软信息LD(bk)到所述交织模块，同
时输出用于判决的软信息LD(ak)到所述判决模块；
所述交织模块，与所述映射模块相连，用于将反馈的所述软信息LD(bk)进
行交织编码得到软信息LD(xk)，并传输给所述映射模块；
所述映射模块，与所述最小误码率均衡模块相连，用于对所述软信息LD(xk)
硬判决并进行BPSK调制，将得到的新符号序列s'作为训练序列反馈输入到所
述最小误码率均衡模块；
所述判决模块，用于对所述MAP译码器模块输出的用于判决的所述软信
息LD(ak)进行判决得到二进制结果序列2.根据权利要求1所述的一种基于最小误码率准则的水下通信Turbo接
收系统，其特征在于，
所述最小误码率均衡模块包括均衡单元、误码指示单元、解映射单元；其
中，所述均衡单元包括滤波器子单元和系数更新子单元，其中，所述滤波器子
单元对当前接收信号rk进行滤波，得到滤输出信号然后所述系数更新子
单元依据接收到的信号rk、导频信号sk-D以及误码指示信号Ik将当前滤波系数
ck更新为ck+1，具体运算方式如下：
s^k-D=ckTrk---(1)]]>ck+1=ck-uIkrk+1Trk+1rk+1---(2)]]>其各标号的含义如下：
滤波器子单元输出信号；
k：时隙下标，代表当前时刻；
T：表示矩阵的转置；
D：均衡器输出信号相对于发送端导频信号的延时，为不大于信道记忆长
度的正整数；
ck：由当前时刻均衡器滤波系数组成的列矢量；
rk：由接收信号组成的列矢量，其元素的排列从当前时刻开始，按时间递
减排序；
u：取值范围(0.01，0.5)，用于控制滤波系数的调整步长；
Ik：误码指示单元输出的误码指示信号；
所述误码检测指示单元，基于最小误码率准则将所述滤波器子单元输出信
号映射成误码检测指示信号Ik，作为所述最小误码率均衡模块参数调整的
基准，对应关系如下：
Ik=(tanh(βs^k-D)-sk-D)/2---(3)]]>其各标号的含义如下：
β：用于控制映射关系的常数；
sk-D：发送端导频信号中的期望信号，当该期望信号能获取时，所述最小
误码率均衡模块进入训练模式，否则，用的判决符号替代；
所述解映射单元，用于对所述均衡单元完成自适应滤波后的输出信号进
行符号概率计算并转化为比特概率，具体计算和解映射完成如下：
符号概率：p(s^k|sk=s)=12πσk,s2exp(-(s^k-uk,s)22σk,s2)---(4)]]>符号概率转比特概率：
LE(xk)=lnP(xk=1|s^k)P(xk=0|s^k)-lnP(xk=1)P(xk=0)=lnp(s^k|xk=1)p(s^k|xk=0)=lnp(s^k|sk=1)p(s^k|sk=-1)---(5)]]>其各标号的含义如下：
s：BPSK调制后的符号，取值为+1或-1；
xk：第k个交织后信源的比特符号；
uk,s：计算第k个符号的概率时的高斯分布函数的均值，这里uk,s＝s；
计算第k个符号的概率时的高斯分布函数的方差，这里为||c||2σ2，c是

\t均衡单元自适应迭代完成后的滤波器系数。
3.根据权利要求1所述的一种基于最小误码率准则的水下通信Turbo接
收系统，其特征在于，所述MAP译码器将所述软信息LE(bk)作为最大后验概率
算法中的先验信息，以如下形式转化为先验概率：
P(bk=b)=exp(-b·LE(bk))1+exp(-LE(bk))---(6)]]>其中，bk表示第k个交织前的信源的比特符号b取值为1或0，得到该先
验概率后，根据经典的backward/forward递归算法计算后验概率P(bk＝b|r)，其
中r表示接收到的所有数据，根据MAP算法译码得到用于判决的软信息LD(ak)，
形式如下：
LD(ak)=lnP(ak=1|r)P(ak=0|r)---(7)]]>输出的用于反馈的软信息LD(bk)形式如下：
LD(bk)=lnP(bk=1|r)P(bk=0|r)--...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芳炯，钟晓辉，刘靖，季飞，余华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44