[发明专利]一种基于信道估计的线性自适应均衡器

说明书

技术领域

本发明属于水声通信领域，提出了一种基于信道估计的自适应均衡器长度设计方法，该方法弥补了传统搜索法与经验确定方法的不足，从理论上解释了均衡器长度选取的依据，即提供一种基于信道估计的线性自适应均衡器。

背景技术

水声通信技术在工业、农业、国防等方面有重要应用，近年来已经逐渐称为国内外的研究热点。水与大气同属于无线信道，但二者有显著的不同。首先，电磁波在水介质中有很大的衰减，无法作为远距离通信的载体，因而水下的信号传输一般采用声波；其次，与陆地无线信道相比，水声信道受到更加严重的多途效应与多普勒效应的影响，接收到的信号幅度与相位都有明显的畸变，需要更加复杂的处理方法才能保证通信的质量。另外，水声通信系统由于体积造价等限制，一般利用DSP进行信号处理与数值计算，且要长时间职守，能量有限，不能承担过大计算量的任务。

依据信号调制解调方式的不同，通信方式可分为相干与非相干两类。相干方式以其更大的带宽利用率以及更快的信息传输速率被证明是有效的水声通信系统方案。相干通信系统对信号的相位的准确性要求较高，所以一般来说该技术要与自适应均衡技术相结合。自适应均衡技术通过对训练信号的处理估计信道的特征，进而调整相关参数以抵消非理想信道特性造成的影响。在众多参数中，均衡器长度(也称为均衡器的抽头个数，均衡器阶数)是对系统性能有重要影响的参数。

均方误差(Mean Square Error，MSE)是均衡器性能的度量指标之一，MSE越小，均衡器性能越好。已经有研究证明，最小均方(Least Mean Square，LMS)自适应算法的MSE与均衡器长度的关系为“U”型，即过大与过小的长度均无法使性能最优，存在理论上的最佳值。该结论对迭代最小二乘(Recursive Least Square，RLS)算法也成立。

如何选择均衡器的阶数一直是困扰人们的问题，一些研究成果也已经被提出。目前的解决办法大概分为两种：经验确定法与搜索法。M.Stojanovic在相关著作中指出，在信道冲击响应中多途的幅度逐渐减小时，可以将均衡器阶长度定为能够捕捉到足够信号能量最小值N，但并没有理论上的说明，属于经验确定。事实上很多水声通信相关的资料中都没有明确讨论长度的设定方法，都是直接给出仿真或试验时所使用的均衡器阶数。搜索法是指经过数值计算，比较MSE或其他指标是否满足所设定的要求。Armelle Wautier等人在假设已知精确的信道响应(仿真设定)的情况下计算通信误码率(Ber)。在均衡器长度从1开始逐渐增大的过程中，计算Ber，若满足要求，算法结束；若直到设定值N_max时都无法满足要求，则认为均衡失败。该算法的缺点是如果符合要求的N很大，或均衡失败时会引入很大的计算量。XushengWei，G.M.Cruickshank等人在他们的论文中总结了一类自适应均衡器阶数的变长设定算法，这一类算法通过比较不同长度均衡结果的mse估算值确定搜索的方向。举例来说：若长度为N的均衡结果比长度为N-1的均衡结果好，则增加长度继续计算，反之减小，进而得出一个优选值。该方法的优点是无论最初的均衡阶数设置的合适与否，该算法都可以收敛；但缺点同样明显：若初始值设置不当，将要迭代上千次才能收敛。水声通信系统要避免过大的计算量，如本文具体实施方式所涉及的水声通信系统，要求算法在几十次迭代即达到收敛。因而，迫切需要一种不通过搜索，就能较准确地确定均衡器长度的确定方法。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术在确定均衡器长度时采用的方法所存在的问题。现有技术一是利用经验值，二是利用穷举法搜索或以某种方式优化搜索。前者不能适用于所有情况，后者虽能最后确定较佳长度，但要搜索计算所有可能的长度，需要多次迭代，从而无法在数据较短的情况下得出结果。上述两方法均缺乏理论依据。本发明提供一种基于信道估计的线性自适应均衡器。

本发明提出一种基于信道估计的线性自适应均衡器，该均衡器利用水声通信系统帧同步模块的计算结果来估算信道冲击响应，并根据估计结果计算信道冲击响应h(t)的z域的多项式的近似，之后计算近似多项式的余项确定均衡器的长度，最后对长度进行微调。

本发明提供一种基于信道估计的线性自适应均衡器，包含：若干个抽头，延时单元和所述各个抽头对应的抽头系数，其特征在于，所述若干个抽头的具体数目通过抽头个数生成模块提供；

其中，所述抽头个数生成模块的进一步包含：