[发明专利]一种水声通信中的水声信道干扰消除方法

说明书

本发明公开了一种水声通信中的水声信道干扰消除方法，所述方法包括：步骤1)建立水声信道的冲激响应时域模型和冲激响应频域模型；步骤2)利用训练序列根据水声信道的冲激响应时域模型训练得到信道冲激响应矩阵；步骤3)利用信道冲激响应矩阵消除训练序列对信息序列的信道干扰，得到消除干扰后的信息序列；步骤4)对消除干扰后的信息序列进行信道间的均衡，得到信道均衡后的信息序列的估计；步骤5)对信息序列的估计进行软判决译码，得到最终的硬判决比特。本发明的方法中可以得到较为准确的反馈符号，可以更好地消除码间干扰，改善误差传播效应。

技术领域

本发明涉及水声通信领域，具体涉及一种水声通信中的水声信道干扰消除方法。

背景技术

近几年，随着我国海洋信息网络不断发展和国防建设不断完善，对水下情报侦查、环境监测、资源勘探、灾难预警等方面提出了更高的需求。因此，构建高度智能、布放方便、稳健可靠的水下传感网络，对于推动我国建设海洋强国的目标具有重大意义。水下传感网络由固定节点和移动节点组成，固定节点包括水面浮标和水底潜标，移动节点采用了自主式水下轻型航行器，各个节点之间紧密联系、相互协作，共同实现通信、探测、定位等诸多功能。由此可见，节点之间信息的可靠传输是保证复杂水下系统正常运行的关键。因此，如何实现稳健、高效的水下通信，并设计适合水下轻型航行器的接收机结构，是亟需解决的科学问题之一。

空气中的无线通信采用电磁波传输信息，具有较高的通信速率和稳定的通信性能。但在水下，电磁波由于高频衰减，只能传输几米至几十米，过短的作用距离限制了其实际使用。声波是另一种信息传输的媒介，它的工作频段范围为数百赫兹至数百千赫兹，在水中的传输距离为几米至几千公里，目前来说，声波是水下通信最为灵活、有效的传输媒介。

相比无线通信，水声通信最大的难点在于复杂、多变的水声信道，它对通信质量和通信效率的影响主要体现在以下几个方面：信号传播损失随着频率升高而增加，这将中距离水声通信系统的带宽限制在了几千赫兹之内；声线在海底海面的反射以及在不同密度水层中的折射造成了严重的多径效应，浅海水平信道的多径时延长达几十毫秒，这使得接收信号中存在严重的码间干扰；由于收发换能器之间的相对运动以及传播介质存在随机起伏，水声信道随机快速时变，接收信号中存在严重的多普勒频移和多普勒扩展。

综上所述，水声信道的诸多特性对高速、可靠的水声通信提出了巨大的挑战，因此，设计一个适合水声通信系统并且具有强大检测能力的均衡器就显得尤为重要了。

Turbo均衡是一种应对复杂信道的有效均衡技术。它通过均衡器和译码器之间的软信息交互，以迭代的方式实现均衡。最早提出来的turbo均衡器采用了(Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv,BCJR)算法，该算法以极大后验概率(Maximum A posterioriProbability,MAP)为准则实现逐符号均衡，因此，该turbo均衡器又称为MAP均衡器。MAP均衡器拥有最优的检测性能，但是具有庞大的计算量，在高阶调制模式下和具有长冲激响应的信道中，会产生较大检测延迟，严重影响其实际使用。取而代之的是一些次优的turbo均衡器，这些均衡器大大减小了计算量，同时也损失一定性能。具有代表性的是Tuchler等人提出的最小均方误差线性均衡器和最小均方误差判决反馈均衡器。