[发明专利]一种单载波多用户水声通信方法

权利要求书

1.一种单载波多用户水声通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

搭建多用户水声通信系统，将多用户系统建模为多个单输入多输出系统的叠加，接收信号模型为：

其中，是第m个水听器的接收的第i个数据块，N_b是每一个数据块的长度，为第n个发射换能器与第m个接收水听器之间的信道，信道长度为L，w_m,i为第m个水听器上采集的均值为0方差σ²的加性高斯白噪声，X_n,i定义为

其中的x_n,k为发射端发送的符号；

步骤1：输入：第i块接收信号y_m,i，m∈[1,M]，M为接收阵元数，全部用户的导频向量X_n，其中，n∈[1,N]，N为用户的数量，即发射天线数，根据信道参数将接收数据划分为N_B个数据块、迭代次数Iter，i∈[1,N_B]；

步骤2：信道和参数初始化，具体为：根据反馈的软信息，计算反馈符号更新迭代次数Iter，利用MMSE信道估计算法进行初始信道估计，得到其中m∈[1,M]，表示发射阵元n与接收阵元m之间的信道，“1”表示第“1”个数据块；

步骤3：块间干扰消除，消除因为缺少保护间隔而产生的前一个数据块对当前数据块的影响，具体为：块间干扰消除在每一个数据块开始处理之前进行，重构的块间干扰符号为：

其中，且其中k的取值范围为[N_b+1,N_b+L+1]，将重构的块间干扰信号从当前块中减去；

步骤4：连续干扰消除，利用上一次迭代反馈的先验符号以及估计的信道重构多址干扰其中l∈[1,N],l≠n，n表示期望用户索引值，l表示干扰用户索引值，并对多址干扰的进行幅度补偿和时间延迟，最后从接收信号中减去，得到仅包含期望信号和噪声的多通道数据具体为：多址干扰重构：

其中，为上一次迭代产生的用户l的先验符号，在第一次迭代中，为上一个数据块估计结果的硬判决符号；

干扰尺度因子：

其中，是重构干扰信号与目标信号的匹配滤波输出结果，τ是匹配滤波器输出最大峰值的时延值，P_l是发射信号的平均功率，N₀是噪声功率；

将重构的多址干扰从接收信号中减去，结果表示为：

其中，

步骤5：信道更新，利用消除多址干扰之后的信号更新期望用户信道，使用MMSE信道估计算法，具体为：

其中，是噪声功率，I_L是维度为L的单位矩阵，(·)^H表示矩阵的共轭转置，定义为上一次迭代反馈的符号；

步骤6：时间反转合并，利用被动时间反转合并技术将接收的多通道信号转换成单通道数据具体为：

其中，X_n,i和X_l,i分别表示用户n和用户l的第i块发射符号矩阵，q_nn,m,i和q_nl,m,i为Q函数，为干扰消除尺度因子，z_n为噪声项；

步骤7：软判决反馈均衡，使用软判决反馈均衡消除残留的码间干扰，软判决反馈均衡器的输出为：

其中，ff_k和fb_k分别为软判决反馈均衡器的前馈和反馈滤波器，k表示第k个符号，并且使用递归最小二乘自适应算法更新，和分别表示k时刻对应和中的滑动窗向量，的时间滑动窗范围为[k-K₂,k+K₁]，的滑动窗范围为[k-K₄,k+K₃]，其中，K₁,K₂,K₃和K₄表示均衡器抽头系数长度；

步骤8：判断n＝N是否成立，若成立，则当前数据块所有用户检测完成，执行步骤9，进行下一个数据块的处理；否则，执行步骤4，继续检测当前数据的剩余用户；

步骤9：判断i＝N_B是否成立，若成立，则当前迭代的数据块全部处理完成，执行步骤10对检测的符号进行信道解码；否则，执行步骤3，继续检测下一个数据块；

步骤10：计算对数似然比、解交织、信道解码，输出解码结果和反馈软信息，反馈外信息作为下一次迭代的先验信息：

其中，L_e(c_n,j)表示用户n比特c_n,j的对数似比，表示以条件概率计算的对数似然比，L(c_n,j)表示上一次迭代反馈的对数似然比；

步骤11：判断迭代次数是否达到Iter，若达到最大迭代次数，则解码完成，输出表示用户n比特序列的估计结果，否则执行步骤2继续迭代。