一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法技术

本发明专利技术公开了一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法，适用于水声通信领域的单载波传输系统，该方法在时域上对信道进行估计，根据信道冲激响应对信号进行时域和频域均衡，并将初步均衡结果进行加权合并，作为自适应算法的期望信号，并对信号进行直接自适应均衡，该方法能显著提高直接均衡阶段的译码性能；同时，采用turbo均衡结构，在均衡器和译码器之间迭代地交换软信息以便充分提取信道编码的纠错增益，从整体上逐步降低系统的误码率。相对于其他均衡方法，本发明专利技术能有效地消除水声信道造成的码间干扰，能更好地跟踪信道随时间的变化，同时具有更低计算复杂度的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法
本专利技术涉及移动通信
具体涉及一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法。
技术介绍
由于水声信道具有严重的多径效应、快速时变以及有限带宽等特点，使得水声通信具有较大的挑战性。近些年，水声通信技术的研究方向主要在提高频带利用率和信息传输速率上，且相干通信技术相比非相干技术更具有优势，与此同时，为了保证在低信噪比环境下也能保持较可靠的通信性能，算法的复杂度也在不断增加，影响通信的实时性。在水声通信系统中，声波从发送端到接收端的过程会受到折射、反射以及散射等的影响，造成多径衰落；同时，由于通信双方的相对运动以及之间，会形成多普勒效应，使得信号处理起来更加困难。在单载波传输系统中，发送信号在时变多径信道的影响下产生了严重的幅度和相位畸变，引入自身的符号间干扰。为了消除符号之间的干扰，需要采用更加复杂的均衡技术来消除符号间干扰(InterSymbolInterference，ISI)。目前的通信系统中，最常用的均衡技术主要有两种，分别是基于信道估计的turbo均衡技术(ChannelEstimationbasedTurboEqualizer，CE-TEQ)和基于直接自适应的turbo均衡技术(DirectAdaptationbasedTurboEqualizer,DA-TEQ)，两种方法各有优缺点，但根本目的均是为了消除ISI，提高系统的误码性能。近年来turbo均衡结构被广泛用于水声通信系统中，通过软信息迭代的方式逐渐获得更多编码增益，提升整体性能，但是迭代的方式增加解调周期，使得实时性受到影响。为了在算法的复杂度和实时性之间进行折衷，同时又能保证传输系统均衡的可靠性，消除信号传输过程的ISI，使系统获得较低的误码率。有必要考虑新的接收机设计方法，亟待提出一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法。该方法是折衷考虑实现方法的复杂度和实时性能的接收机均衡方法，针对水声信道下的单载波传输系统，先使用基于信道估计的方法，在时域和频域对信号进行初步均衡，为自适应均衡的直接均衡阶段提供期望信号，迭代均衡阶段再利用均衡器和译码器之间的软信息迭代过程，获取纠错增益，避免硬判决造成的信息损失；通过提高直接均衡阶段结果的可靠性，进而加快迭代过程的收敛速度，提升水声信道下的单载波传输系统的整体性能。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法，所述接收方法包括以下步骤：S1、接收机在经过帧同步、多普勒估计和补偿操作后，获得一帧接收数据，将其记为接收信号帧y，接收信号帧y包括Nmax个数据块和Nmax+1个训练序列，每个数据块包括Nd个接收符号，每个训练序列包含Nt个接收符号，[·]T表示对向量进行转置，接收信号帧y以训练序列开头，数据块和训练序列相继排列，每个数据块前后各连接一个训练序列，分别称为该数据块的前向训练序列和后向训练序列，从接收信号帧y中提取第n个数据块r的前向训练序列tn和后向训练序列tn+1，采用信道估计算法进行冲激响应估计，分别得出估计信道和估计信道长度为L，即包含L个抽头系数；S2、从接收信号帧y中提取第n个数据块r，使用估计信道和采用最大比合并方法对数据块r进行频域均衡，得到发送符号序列的第1个估计发送符号序列x包含Nd个符号；S3、根据估计信道和分别求解时域中对应的前向滤波器w1和后向滤波器w2，前向滤波器w1和后向滤波器w2长度为L，再分别对数据块r进行时域均衡，得到前向时域均衡输出和后向时域均衡输出加权合并和后得到发送符号序列x的第2个估计S4、将发送符号序列x的第1个估计与第2个估计进行等比例合并，硬判决后作为期望信号输入到自适应均衡器中，通过正向和反向自适应均衡得到正向自适应均衡输出和反向自适应均衡输出加权合并和后得到发送符号序列x的第3个估计最后对和进行合并得到数据块r的均衡输出S5、将均衡输出第k时刻的均衡符号进行映射，得到均衡器的外信息表示携带的第j个比特，k＝0,…,Nd-1，j的取值范围取决于符号的调制方式，经过解交织操作后作为先验信息送到译码器中，bm表示数据块携带的比特序列的第m个比特；S6、译码器根据先验信息提取信道编码的纠错增益，输出后验信息LD(bm)，后验信息减去先验信息得到译码器的外信息S7、对后验信息LD(bm)进行译码并检验，当译码正确或者当前迭代次数Iter达到最大迭代次数Itermax时，完成第n个数据块的解调，再令n＝n+1，Iter＝0，回到步骤S1进行下一个数据块的处理，直到接收信号帧y中全部数据块解调完成；否则，令Iter＝Iter+1，执行步骤S8，进入迭代均衡阶段；S8、将译码器的外信息进行交织处理，作为均衡器的先验信息表示携带的第j个比特，是映射得到的第k时刻先验符号，先验符号组成向量形式的先验输入是自适应均衡器的反馈滤波器输入信号，先验符号将与均衡输出一起计算自适应算法的期望信号S9、由前馈滤波器和反馈滤波器组成迭代均衡阶段的均衡器，使用自适应算法，并用均衡输出和期望信号更新滤波器系数，最后得到均衡输出接着跳转到步骤S5，重新进入译码阶段。进一步地，在步骤S1中，接收信号帧y中的训练序列是由发送端的已知训练序列经过信道后得到的，包含Nt个发送符号，从接收信号帧y中提取前向训练序列tn，根据发送端的已知前向训练序列zn，通过信道估计算法，求解前向的估计信道接着提取后向训练序列tn+1，根据发送端的已知后向训练序列zn+1，求解后向的估计信道进一步地，在步骤S2中，从接收信号帧y中提取第n个数据块r，利用离散傅里叶变换将r、和从时域变换到频域，获得频域数据块R、频域信道响应和根据频域数据块和频域信道响应，采用式(1)表示的最大比合并方法进行频域均衡：式中J表示频域信道响应的数量，对频域均衡输出进行离散傅里叶逆变换，得到发送符号序列x的第1个估计进一步地，在步骤S3中，使用前向的估计信道根据公式(2)求解前向滤波器w1：式中，为噪声方差，IM为M阶单位矩阵，其中M＝N1+N2+1，N1和N2分别为滤波器的因果部分和非因果部分，s则为信道卷积矩阵H1的第N2+L列，信道卷积矩阵H1通过估计信道构造而成，方法如下：其中，分别表示估计信道中的L个抽头系数，即得到前向滤波器w1后，前向时域均衡表示为：式中，rk是第k时刻的输入信号，是第k时刻的前向均衡符号，求出数据块r全部时刻的均衡符号组合成向量形式的前向时域均衡输出再将前向的估计信道换成后向的估计信道求出后向滤波器w2，计算数据块r全部时刻的后向均衡符号组成向量形式的后向时域均衡输出采用公式(4)对前向时域均衡输出和后向时域均衡输出进行加权合并，式中β为加权系数，计算得到发送符号序列x的第2个估计：进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法，其特征在于，所述接收方法包括以下步骤：/nS1、接收机在经过帧同步、多普勒估计和补偿操作后，获得一帧接收数据，将其记为接收信号帧y，接收信号帧y包括N

【技术特征摘要】
1.一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法，其特征在于，所述接收方法包括以下步骤：
S1、接收机在经过帧同步、多普勒估计和补偿操作后，获得一帧接收数据，将其记为接收信号帧y，接收信号帧y包括Nmax个数据块和Nmax+1个训练序列，每个数据块包括Nd个接收符号，每个训练序列包含Nt个接收符号，[·]T表示对向量进行转置，接收信号帧y以训练序列开头，数据块和训练序列相继排列，每个数据块前后各连接一个训练序列，分别称为该数据块的前向训练序列和后向训练序列，从接收信号帧y中提取第n个数据块r的前向训练序列tn和后向训练序列tn+1，采用信道估计算法进行冲激响应估计，分别得出估计信道和估计信道长度为L，即包含L个抽头系数；
S2、从接收信号帧y中提取第n个数据块r，使用估计信道和采用最大比合并方法对数据块r进行频域均衡，得到发送符号序列的第1个估计发送符号序列x包含Nd个符号；
S3、根据估计信道和分别求解时域中对应的前向滤波器w1和后向滤波器w2，前向滤波器w1和后向滤波器w2长度为L，再分别对数据块r进行时域均衡，得到前向时域均衡输出和后向时域均衡输出加权合并和后得到发送符号序列x的第2个估计
S4、将发送符号序列x的第1个估计与第2个估计进行等比例合并，硬判决后作为期望信号输入到自适应均衡器中，通过正向和反向自适应均衡得到正向自适应均衡输出和反向自适应均衡输出加权合并和后得到发送符号序列x的第3个估计最后对和进行合并
得到数据块r的均衡输出
S5、将均衡输出第k时刻的均衡符号进行映射，得到均衡器的外信息表示携带的第j个比特，k＝0,…,Nd-1，j的取值范围取决于符号的调制方式，经过解交织操作后作为先验信息送到译码器中，bm表示数据块携带的比特序列的第m个比特；
S6、译码器根据先验信息提取信道编码的纠错增益，输出后验信息LD(bm)，后验信息减去先验信息得到译码器的外信息
S7、对后验信息LD(bm)进行译码并检验，当译码正确或者当前迭代次数Iter达到最大迭代次数Itermax时，完成第n个数据块的解调，再令n＝n+1，Iter＝0，回到步骤S1进行下一个数据块的处理，直到接收信号帧y中全部数据块解调完成；否则，令Iter＝Iter+1，执行步骤S8，进入迭代均衡阶段；
S8、将译码器的外信息进行交织处理，作为均衡器的先验信息表示携带的第j个比特，是映射得到的第k时刻先验符号，先验符号组成向量形式的先验输入是自适应均衡器的反馈滤波器输入信号，先验符号将与均衡输出一起计算自适应算法的期望信号
S9、由前馈滤波器和反馈滤波器组成迭代均衡阶段的均衡器，使用自适应算法，并用均衡输出和期望信号更新滤波器系数，最后得到均衡输出接着跳转到步骤S5，重新进入译码阶段。


2.根据权利要求1所述的一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法，其特征在于，在步骤S1中，接收信号帧y中的训练序列是由发送端的已知训练序列经过信道后得到的，包含Nt个发送符号，从接收信号帧y中提取前向训练序列tn，根据发送端的已知前向训练序列zn，通过信道估计算法，求解前向的估计信道接着提取后向训练序列tn+1，根据发送端的已知后向训练序列zn+1，求解后向的估计信道


3.根据权利要求1所述的一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法，其特征在于，在步骤S2中，从接收信号帧y中提取第n个数据块r，利用离散傅里叶变换将r、和从时域变换到频域，获得频域数据块R、频域信道响应和根据频域数据块和频域信道响应，采用式(1)表示的最大比合并方法进行频域均衡：



式中J表示频域信道响应的数量，对频域均衡输出进行离散傅里叶逆变换，得到发送符号序列x的第1个估计


4.根据权利要求1所述的一种结合信道估计的自适应均衡软信息迭代接收方法，其特征在于，在步骤S3中，使用前向的估计信道根据公式(2)求解前向滤波器w1：



式中，为噪声方差，IM为M阶单位矩阵，其中M＝N1+N2+1，N1和N2分别为滤波器的因果部分和非因果部分，s则为信道卷积矩阵H1的第N2+L列，信道卷积矩阵H1通过估计信道构造而成，方法如下：



其中，分别表示估计信道中的L个抽头系数，即得到前向滤波器w1后，前向时域均衡表示为：



式中，rk是第k时刻的输入信号，是第k时刻的前向均衡符号，求出数据块r全部时刻的均衡符号组合成向量形式的前向时域均衡输出再将前向的估计信道换成后向的估计信道求出后向滤波器w2，计算数据块r全部时刻的后向均衡符号组成向量形式的后向时域均衡输出
采用公...

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