基于最小誤碼率準則的水下通信Turbo接收系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)字無線通信技術(shù)，特別設(shè)及一種基于最小誤碼率準則的水下通信 Turbo接收系統(tǒng)及方法，是一種在通信系統(tǒng)接收端的信道均衡技術(shù)，主要應(yīng)用在復(fù)雜水聲環(huán) 境中。
【背景技術(shù)】
[0002] 海洋占地球面積的71%，它擁有14億立方千米的體積。在海底及海洋中，蘊藏著極 其豐富的生物資源和礦產(chǎn)資源，大海洋的探索和開發(fā)具有極強的吸引力。水下聲波通信時 目前最可行的水下探測和通信手段。在水聲通信發(fā)展的初期，人們對水聲通信系統(tǒng)的性能 要求通常并不是很高，但隨著人類海洋研究的不斷深入，對于水聲通信系統(tǒng)的效率和可靠 性也提出了更高的要求，運使得僅使用傳統(tǒng)的通信技術(shù)已經(jīng)不能達到相應(yīng)的技術(shù)要求。因 此許多新方法、新技術(shù)被引入到了水聲通信領(lǐng)域，Turbo均衡技術(shù)就是其中之一。
[0003] -種由華南理工大學(xué)提供的基于最小誤碼率準則的自適應(yīng)信道均衡器（中國發(fā)明 專利號:CN 102916916 B)，運種自適應(yīng)均衡器包括誤碼指示模塊與均衡模塊，均衡模塊包 含濾波器和系數(shù)更新單元。均衡方法包括:設(shè)置濾波系數(shù)初始值;設(shè)置控制參數(shù)值;利用當 前濾波系數(shù)對接收信號進行濾波產(chǎn)生濾波輸出信號；由濾波輸出信號、導(dǎo)頻序列中的期望 信號計算出誤碼指示信號;根據(jù)步長、誤碼指示信號、均衡器輸入信號W及期望信號，將濾 波系數(shù)更新。
[0004] Turbo均衡技術(shù)是水聲相干通信克服信道多徑、消除碼間干擾的有效工具。Turbo 均衡算法主要分為軟干擾抵消、最大后驗概率、線性均衡、反饋均衡算法。針對水聲信道階 數(shù)較高且時變快的特點，為了降低計算復(fù)雜度，通常在水聲信道中使用的是線性均衡的 Turbo均衡器，其中用的最廣泛的是最小均方誤差準則。對通信系統(tǒng)，誤碼率是其最根本的 性能指標，總體而言，現(xiàn)有的水聲信道均衡器主要采用最小均方誤差準則，運類方法不是直 接基于最小化均衡器輸出信號的誤碼率，因此不能保證接收端誤碼率的最小化。
[0005] 綜上所述，對于實際的水聲通信系統(tǒng)，傳統(tǒng)均衡不能保證滿足最小誤碼率的條件， 有必要考慮直接基于最小誤碼率的化Ao均衡器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于最小誤碼率準則的 水下通信化Ao接收系統(tǒng)及方法。
[0007] 本發(fā)明的第一個目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[000引一種基于最小誤碼率準則的水下通信化rk)接收系統(tǒng)，所述接收系統(tǒng)包括:最小誤 碼率均衡模塊、解交織模塊、MAP譯碼器模塊、判決模塊、交織模塊W及映射模塊；
[0009] 所述最小誤碼率均衡模塊，與所述解交織模塊相連，用于對接收到的信號η進行 自適應(yīng)濾波并根據(jù)最小誤碼率的迭代算法輸出外部比特軟信息序列LE(Xk);
[0010] 所述解交織模塊，與所述MAP譯碼器相連，用于將所述比特軟信息序列LeU)解交 織處理恢復(fù)正確的數(shù)據(jù)順序并將解交織后的軟信息LE(bk)傳送給所述MAP譯碼器模塊；
[0011] 所述MAP譯碼器模塊，該模塊利用MAP算法結(jié)合對數(shù)似然比形式的軟信息LE(bk)進 行譯碼，并輸出新的用于反饋的軟信息LD(bk)到所述交織模塊，同時輸出用于判決的軟信息 Ld (ak)到所述判決板塊；
[0012] 所述交織模塊，與所述映射模塊相連，用于將反饋的所述軟信息LD(bk)進行交織編 碼得到軟信息LD(Xk)，并傳輸給所述映射模塊；
[001引所述映射模塊，與所述最小誤碼率均衡模塊相連，用于對所述軟信息LdU)硬判決 并進行BPSK調(diào)制，將得到的新符號序列S '作為訓(xùn)練序列反饋輸入到所述最小誤碼率均衡模 塊；
[0014] 所述判決模塊，用于對所述MP譯碼器模塊輸出的用于判決的所述軟信息LD(ak)進 行判決得到二進制結(jié)果序列a。
[0015] 進一步地，所述最小誤碼率均衡模塊包括均衡單元、誤碼指示單元、解映射單元； 其中，所述均衡單元包括濾波器子單元和系數(shù)更新子單元，其中，所述濾波器子單元對當前 接收信號η進行濾波，得到濾輸出信號，然后所述系數(shù)更新子單元依據(jù)接收到的信號 rk、導(dǎo)頻信號sk-擬及誤碼指示信號Ik將當前濾波系數(shù)ck更新為ck+i，具體運算方式如下：
[0018] 其各標號的含義如下：
[0019] 馬__。：濾波器子單元輸出信號；
[0020] k:時隙下標，代表當前時刻；
[0021] T:表示矩陣的轉(zhuǎn)置；
[0022] D:均衡器輸出信號相對于發(fā)送端導(dǎo)頻信號的延時，為不大于信道記憶長度的正整 數(shù)；
[0023] ck:由當前時刻均衡器濾波系數(shù)組成的列矢量；
[0024] η:由接收信號組成的列矢量，其元素的排列從當前時刻開始，按時間遞減排序；
[0025] U:取值范圍（0.01,0.5)，用于控制濾波系數(shù)的調(diào)整步長；
[0026] Ik:誤碼指示單元輸出的誤碼指示信號；
[0027] 所述誤碼檢測指示單元，基于最小誤碼率準則將所述濾波器子單元輸出信號爲_^ 映射成誤碼檢測指示信號Ik,作為所述最小誤碼率均衡模塊參數(shù)調(diào)整的基準，對應(yīng)關(guān)系如 下：
[002引
[0029] 其各標號的含義如下：
[0030] β:用于控制映射關(guān)系的常數(shù)；
[0031 ] sk-D:發(fā)送端導(dǎo)頻信號中的期望信號，當該期望信號能獲取時，所述最小誤碼率均 衡模塊進入訓(xùn)練模式，否則，用的判決符號替代；
[0032]所述解映射單元，用于對所述均衡單元完成自適應(yīng)濾波后的輸出信號皂進行符號 概率計算并轉(zhuǎn)化為比特概率，具體計算和解映射完成如下：
[0036] 其各標號的含義如下：
[0037] s:BPSK調(diào)制后的符號，取值為+1或-1;
[0038] xk:第k個交織后信源的比特符號；
[0039] Uk, S:計算第k個符號的概率時的高斯分布函數(shù)的均值，運里Uk, S = S;
[0040] (i:計算第k個符號的概率時的高斯分布函數(shù)的方差，運里為I |c| |2〇2，c是均衡單 元自適應(yīng)迭代完成后的濾波器系數(shù)。
[0041] 進一步地，所述MAP譯碼器將所述軟信息LE(bk)作為最大后驗概率算法中的先驗信 息，W如下形式轉(zhuǎn)化為先驗概率：
[0042]
斌
[0043] 其中，bk表示第k個交織前的信源的比特符號b取值為1或0,得到該先驗概率后，根 據(jù)經(jīng)典的backward/forward遞歸算法計算后驗概率P(bk = b Ir)，其中r表示接收到的所有 數(shù)據(jù)，根據(jù)MAP算法譯碼得到用于判決的軟信息LD(ak)，形式如下：
[0044]
口）
[0045] 輸出的用于反饋的軟信息LD(bk)形式如下：
[0046]
佩。
[0047] 進一步地，所述映射模塊對所述軟信息LD(xk)硬判決并進行BPSK調(diào)制后得到新的 符號序列s'，其中所述硬判決方式如下：
[0049] 所述BPSK調(diào)制方式如下：
[004引 (9)
[(K)加 ] (10)。
[0051]進一步地，所述判決模塊對所述MP譯碼器模塊輸出的用于判決的軟信息LD(ak)進 行硬判決，判決方式如下：
[0052]
(11)
[0化3] 所得的序