[发明专利]基于软解调软译码联合迭代的远程水声通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水声通信方法。特别是一种远程水声通信方法。

背景技术

在远程水声通信系统中，接收信号的信噪比直接影响通信结果的可靠性。多途扩展时延和幅度衰减都随着通信距离的增大而增大，为了提高通信可靠性必须提高接收信号的信噪比，对信号进行抗多途干扰处理是一种有效有段。

目前国内外的远程水声通信系统广泛采用抗多途处理，其方法是OFDM（正交频分复用）技术，其不足之处是：由于OFDM的信号PAPR（峰均比）大，要增大通信距离就要增大发射功率，因此会对水声换能器的线性放大范围要求非常苛刻。

1998年M.Stojanovic在《Spread Spectrum Underwater Acoustic Telemetry》一文提出了采用基于Rake接收机的多径分集接收技术，其方法是：Rake接收机对信道多途效应进行补偿后突出信号中主要路径成分，提高直达声的信噪比，使得信道的冲击响应函数逼近σ函数形式，从而抑制接收信号中多途效应的干扰，其不足之处是：难以实时实现并应用于工程实际。

2006年《Channel Coding for Underwater Acoustic Communication System》一文中提出了采用卷积码和RS（里德-所罗门）码的水声信道编码技术，其方法是采用卷积码和RS码来纠正残留的错误成分，降低误码率，其不足之处是：由于水声信道中波浪起伏产生噪声是常见的突发噪声，而卷积码和RS码纠正随机错误的能力很好，但纠正水声信道中突发错误的能力不好，所以译码后仍有高误码率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能够弥补OFDM技术在水声通信应用的不足，又具有工程可行性，能进一步提高远程水声通信的可靠性的基于软解调软译码联合迭代的远程水声通信方法。

本发明的目的是这样实现的：

发射端首先对信源发出的二进制信息序列进行LDPC（奇偶校验码）编码，在原信息序列基础上增加校验信息而构成一串新的码元，进行QPSK（四进制相移键控）调制和Gray(格雷)映射，将码元每两个为一组映射到星座图中的4个位置之一，再经过Walshm复合序列扩频后得到待发射信号，利用水声换能器将待发射的数字信号变换为水声信号；接收端的水声换能器将接收到的水声信号转换为数字信号，利用和发射端相同的复合序列完成解扩得到接收信号，然后经自适应判决反馈均衡后得到幅度衰减的复信号，对信号进行软解调软译码联合迭代，在达到设定的迭代次数后停止联合迭代，由LDPC译码器进行BP译码（基于置信度传播的迭代译码）后最后输出比特值给信宿。

本发明还可以包括：

1、所述软解调软译码联合迭代的具体过程是：QPSK解调器和LDPC译码器构成一个SISO（软输入软输出）模块，均衡器输出的信息，直接给了QPSK解调器；首先，设置LDPC译码器反馈给QPSK解调器的初始值为0，QPSK解调器利用软解调算法来输出软信息，该软信息直接给LDPC译码器，经过软判决译码之后输出软信息；接下来开始第一次联合迭代过程：LDPC译码器输出的软信息反馈给QPSK解调器，QPSK解调器根据这个软信息和均衡器给出的信息，运用软解调算法来计算各比特的外信息，该外信息减去LDPC译码器反馈的软信息，减法运算之后得到的软信息一方面作为输入信号直接传递给LDPC译码器，另一方面作为减数和LDPC译码器输出的软信息作相减操作；相减后得到的软信息一方面作为输入信号直接送到QPSK解调器，另一方面作为减数和QPSK解调器输出的软信息作相减操作；至此，完成第一次联合迭代，依次继续完成第二次、第三次、……第N次迭代，直到设定的联合迭代次数。

2、所述Walsh-m复合序列扩频的具体过程是：首先生成长度为15的m序列，m序列整周期重复16次后构成一个新序列，用字母A来标记，然后生成长度为16的Walsh序列，将Walsh序列中的每个元素重复15次后构成一个新序列，用字母B标记，最后将A和B相乘，得到Walsh-m复合序列，将此作为扩频序列。

3、所述均衡器是采用基于LMS（最小线性均方）算法的自适应判决反馈均衡，在编码后的码元中加入长度为100的训练序列，该训练序列在均衡的步骤完成之后就被去掉，还原为LDPC编码后的序列长度。

4、QPSK解调器所采用的软解调算法为：q表示第q次外迭代，D→L表示反馈信息从解调器到LDPC译码器，D←L表示反馈信息从LDPC译码器到解调器，变量L表示所有的反馈信息，为第q-1次迭代中译码器反馈给解调器的外信息：