[发明专利]基于MMSE的水声OFDM判决迭代信道均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种高速水声通信判决信道均衡方法。

背景技术

声波是水下唯一的可进行远程传输的信息载体，随着海洋开发的不断深入，对水下通信的传输效率和可靠性要求也越来越高。由于水声信道具有窄带宽、强多径、高噪声、随机时-空-频变等特性，因而实现水下节点间高速率、稳健的通信是亟待解决的难题。正交频分复用技术具有抗多径衰落、抗突发干扰等优点，并且适合于高速数据传输。然而应用在水声环境中，节点间通信由于信道的多径效应使得某些子载波发生深度衰落，并且信道的随机缓慢时变会导致信道的多径结构产生变化，都会影响最终解调结果。所以针对以上问题进行水声OFDM信道均衡技术研究是提高系统性能的关键。

现有的OFDM信道估计方法大体可以分为盲信道估计和导频辅助信道估计两种。盲的信道估计方法不需要传输已知数据来进行估计，可以提高有效数据的传输效率，在高传输速率的数字通信系统中具有明显的优势。但是它的收敛速度慢，计算也较复杂，不适合在复杂多变的水声信道中使用。导频辅助信道估计方法是在数据流中插入一定数量的时域或频域的已知数据(导频)，通过已知频点上信道频响来估计出整个信道的频响。其中常见的导频插入方式有块状和梳状两种。块状导频以一定的时域间隔插入完整的OFDM符号(已知)，可以无需插值直接估计出完整的信道频响，然后均衡其它数据符号，但是对于时变信道的实时跟踪性差；梳状导频均匀分布在每个OFDM符号中，通过对导频位置的信道频响插值得到数据子载波位置的信道频响，可以有效的跟踪信道时变，但存在插值误差。

发明内容

本发明的目的在于提供适应于缓慢时变的基于MMSE的水声OFDM判决迭代信道均衡方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于MMSE的水声OFDM判决迭代信道均衡方法，其特征是：

(1)MMSE信道估计：

MMSE算法估计的信道频响为H_mmse，其表达式为：其中I为单位阵、F为傅里叶变换矩阵、X为块状导频符号、V_N为噪声方差、H_LS为LS估计信道频域响应、R_gg为时域信道自相关矩阵、R_HH为频域信道自相关矩阵、上脚标H表示共轭转置、上脚标表示矩阵求逆，

H为实际信道频域响应，利用LS算法即最小二乘算法估计的信道频响H_LS包含噪声，即含有误差e_F：

对H_LS进行傅里叶逆变换，得到信道的冲激响应估计：

g为实际信道冲激响应，得到的冲激响为包含误差e_T的信道冲激响应，可以表示为：

则得到MMSE信道估计：

其中时域信道自相关矩阵噪声的方差V_N以利用对噪声的采样求得，利用代替实际时域信道自相关矩阵R_gg的误差：

其中V表示利用LS算法估计信道冲激响应的方差；

(2)基于MMSE判决迭代均衡：

表示第t(t＝0，1，2…)个OFDM符号中的第k(k＝0，1，2…K)个子信道的频响估计，k(k＝0，1，2，...K)为一个OFDM符号中子信道的索引，t(t＝0，1，2，...)为帧结构中的OFDM符号索引，其中块状导频符号的索引t＝0，数据符号索引

对导频符号的信道进行估计，得到导频的信道频响

信道估计方式采用MMSE算法：

其中MMSE信道频响估计的下脚标0表示OFDM符号索引号为0，即块状导频符号，S₀表示块状导频向量构成的对角阵，上脚标H表示共轭转置，上脚标表示矩阵求逆，Y₀为接收导频向量，σ²_n为噪声方差，R_HH为频域信道子相关矩阵；

将MMSE信道频响估计向量简写为标量形式然后将导频符号估计的信道频响对接收的第一个数据符号即与导频相邻的OFDM符号进行均衡，得到均衡后的数据

其中的上标～表示判决之前的数据符号估计，

对均衡后的数据进行解映射和解码判决，得到原始数据的估计将解码后的二进制数据按原编码规则重新进行编码，得到二次编码后的数据：