一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法，包括以下步骤：S1，构建均衡器反馈信道模型，定义信号的误差；S2，使用高斯函数逼近L0范数，带入模型中得出函数近似后L0范数的表达形式；S3，将高斯函数近似得到的L0范数引入算法中得出相应的迭代公式，记录迭代次数；S4，通过泰勒公式展开法对迭代公式化简；S5，通过L0范数的约束选择稀疏矩阵元素，得到新的稀疏矩阵元素；S6，将得到的更新迭代公式和新的稀疏矩阵元素带入模型中，计算水声信道传输误码率。与现有技术相比，本发明专利技术具有收敛速度更快、降低误码率效果更好等优点。降低误码率效果更好等优点。降低误码率效果更好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法


[0001]本专利技术涉及水声信道领域，尤其是涉及一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法。

技术介绍

[0002]水声通信技术诞生于20世纪中叶，模拟通信是它的主要体制，后来逐步过渡到水声数字通信，并将现代无线电通信体系引入到水声通信中。在21世纪的今天，国际社会中，大国之间的博弈愈发激烈，水声通信(UAC)技术在各国对海洋军事领域上起到越来越重要的作用。不仅在军事方面，在对海洋资源勘探以及对水下复杂环境研究等等这些方面，也离不开水声通信技术，这些因素的综合作用下水声通信技术获得了越来越快的发展。
[0003]水声信道具有高度选择性，具有几十毫秒或数百毫秒的多径延迟扩展，导致严重的频率选择性信号失真。尤其是，到了在声波1500m/s的低传播速度下，多径传播导致水声信道的长期延迟特性和严重码间干扰(ISI)，来自不同延迟路径的接收信号相互叠加导致了极度严重的码间串扰。为了消除严重多径效应带来的影响，使用均衡模块。迫零算法被证明了其是可以使得峰值畸变最小的线性均衡算法。迫零均衡使用非常简单，但是会引发噪声放大的缺点，在水声环境大背景噪声的条件下实际上应用的不多。而基于最大似然符号检测(MLSD)和基于极大似然序列估计(MLSE)的均衡器，由于其计算复杂度高，在水下通信中基本不能使用。自适应决策反馈均衡器(DFE)是目前在水下通信中最常用的一种均衡器。
[0004]DFE(自适应决策反馈均衡器),应用于水下声通道，已被证明比传统的线性自适应均衡器更有效。其是基于最小均方误差(MMSE)原则设计的。但是最小均方误差并不一定能达到最小误码率(MSER)性能，为了达到更好的性能，直接基于MSER标准已被应用于设计DFE。为了更好的降低信道的误码率(SER)，基于MSER准则提出了PMSER算法，以此达到更低的SER效果。但是该算法的收敛速度较慢。
[0005]因此，如何实现PMSER算法的快速收敛，使得水声信道传输误码率降低成为需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法，所述的方法包括以下步骤：
[0009]步骤S1，构建均衡器反馈信道模型，定义信号的误差；
[0010]步骤S2，使用高斯函数逼近L0范数，带入步骤S1构建的均衡器反馈信道模型中得出函数近似后L0范数的表达形式；
[0011]步骤S3，将步骤S2得到的高斯函数近似得到的L0范数引入到改进的PMSER算法中得出相应的迭代公式，记录迭代次数；
[0012]步骤S4，通过泰勒公式展开法对步骤S3得到的迭代公式推导化简，得到相关的更新迭代公式；
[0013]步骤S5，通过L0范数的约束选择稀疏矩阵元素，得到新的稀疏矩阵元素；
[0014]步骤S6，将得到的更新迭代公式和新的稀疏矩阵元素带入步骤S1构建的均衡器反馈信道模型中，计算水声信道传输误码率。
[0015]进一步地，所述的步骤S1中的均衡器反馈信道模型具体表示为：
[0016][0017]其中，m(k)表示决策反馈结果，w
k
表示前馈滤波系数，b
k
表示反馈滤波系数，表示过去发送的信号，y(k)表示接收信号，k表示信号个数。
[0018]进一步地，所述的y(k)具体表示为：
[0019][0020]其中，r(k)表示输入信号，h(l)表示时不变信号，n(k)表示高斯白噪声，l表示步长。
[0021]进一步地，所述的步骤S1中信号的误差具体定义为：
[0022]e
k
＝m
k
‑
r
k
(D)
[0023]其中，e
k
表示信号的误差，m(k)表示决策反馈结果，r(k)表示输入信号，D表示均衡器时延，k表示信号个数。
[0024]进一步地，所述的步骤S2中L0范数的表达形式为：
[0025][0026]其中，w
k
‑1表示前馈滤波系数，l表示步长，β表示数值系数，k表示信号个数。
[0027]进一步地，所述的步骤S3中的迭代公式包括反馈滤波器的迭代公式和前馈滤波器的迭代公式。
[0028]进一步地，所述的前馈滤波器的迭代公式为：
[0029][0030]其中，G
f,k
表示前馈滤波器的稀疏矩阵，μ表示所有标量对迭代公式的影响度，e
k
表示信号的误差，r(k)表示输入信号，w
k
‑1和w
k
表示前馈滤波系数，y(k)表示接收信号，k表示信号个数；
[0031]所述的反馈滤波器的迭代公式为：
[0032][0033]其中，G
b,k
表示反馈滤波器的稀疏矩阵，b
k
和b
k
‑1表示反馈滤波系数。
[0034]进一步地，所述的步骤S4中的更新的迭代公式包括更新的前馈滤波器的迭代公式和更新的反馈滤波器的迭代公式；
[0035]所述的更新的前馈滤波器的迭代公式为：
[0036][0037]所述的更新的反馈滤波器的迭代公式为：
[0038][0039]其中，β表示数值系数。
[0040]进一步地，所述的步骤S5中的新的稀疏矩阵元素包括G
f,k
稀疏矩阵的元素和G
b,k
稀疏矩阵的元素；所述的G
f,k
稀疏矩阵的元素表示为：
[0041][0042]其中，ζ
f
,k表示前馈滤波器的步长函数，α表示分配步长数值系数，N
f
表示前馈载波数量；
[0043]所述的G
b,k
稀疏矩阵的元素表示为：
[0044][0045]其中，ζ
b,k
表示反馈滤波器的步长函数，N
b
表示反馈载波数量。
[0046]进一步地，所述步骤S5中的得到新的稀疏矩阵元素的方法为拉格朗日松弛方法。
[0047]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0048]一、本专利技术通过改进的PMSER算法达到0.01误码率需要的迭代次数为1450次，而现有的MSER算法达到0.01误码率需要的迭代次数为1700次，本专利技术具有更好的收敛性，能够有效的降低水声信道传输误码率，实现更好的信号传输效果。
[0049]一、本专利技术为了提高PMSER算法的收敛速度，在PMSER算法的稀疏矩阵选择中使用L0范数，以实现更好的稀疏性。
[0050]二、本专利技术为了解决L0范数难以求解出其近似解的问题，选择了高斯函数来达到一个近似逼近L0范数的效果，实现使得PMS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：步骤S1，构建均衡器反馈信道模型，定义信号的误差；步骤S2，使用高斯函数逼近L0范数，带入步骤S1构建的均衡器反馈信道模型中得出函数近似后L0范数的表达形式；步骤S3，将步骤S2得到的高斯函数近似得到的L0范数引入到改进的PMSER算法中得出相应的迭代公式，记录迭代次数；步骤S4，通过泰勒公式展开法对步骤S3得到的迭代公式推导化简，得到相关的更新迭代公式；步骤S5，通过L0范数的约束选择稀疏矩阵元素，得到新的稀疏矩阵元素；步骤S6，将得到的更新迭代公式和新的稀疏矩阵元素带入步骤S1构建的均衡器反馈信道模型中，计算水声信道传输误码率。2.根据权利要求1所述的一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法，其特征在于，所述的步骤S1中的均衡器反馈信道模型具体表示为：其中，m(k)表示决策反馈结果，w
k
表示前馈滤波系数，b
k
表示反馈滤波系数，表示过去发送的信号，y(k)表示接收信号，k表示信号个数。3.根据权利要求2所述的一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法，其特征在于，所述的y(k)具体表示为：其中，r(k)表示输入信号，h(l)表示时不变信号，n(k)表示高斯白噪声，l表示步长。4.根据权利要求1所述的一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法，其特征在于，所述的步骤S1中信号的误差具体定义为：e
k
＝m
k
‑
r
k
(D)其中，e
k
表示信号的误差，m(k)表示决策反馈结果，r(k)表示输入信号，D表示均衡器时延，k表示信号个数。5.根据权利要求1所述的一种基于改进的PMSER算法降低误码率的方法，其特征在于，所述的步骤S2中L0范数的表达形式为：其中，w
k
‑1表示前馈滤波系数，l表示步长，β表示数值系数，k表示信号个数。6.根据权利要求1所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锋，方天，李从改，徐艳丽，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：