[发明专利]一种成比例MSER自适应判决反馈均衡系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种成比例MSER自适应判决反馈均衡系统，包括：误码指示器、均衡模块、以及判决反馈单元；所述均衡模块包括滤波器、抽头系数更新单元和步长更新模块；本发明还公开了一种成比例最小误码率自适应判决反馈均衡系统的实现方法，包括以下步骤：S1)设置稀疏对角矩阵的初始值G_f,1和G_b,1以及滤波器系数的初始值w₀和b₀；S2)计算滤波输出信号y_k；S3)计算误码指示器结果I_k；S4)分别更新稀疏对角矩阵G_f,k‑1和G_b,k‑1为G_f,k和G_b,k；S5)分别更新滤波器系数w_k‑1和b_k‑1为w_k和b_k；S6)重复步骤S2～S5，直至均衡器系数收敛为止。本发明的系统及方法具有简单易实现，使用较少的训练符号在水声通信中便可达到优良的系统性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术，特别涉及一种成比例MSER自适应判决反馈均衡系统及其实现方法。

背景技术

海洋是与人类生产、生活、国防安全息息相关的资源丰富的宝库，世界上的许多国家对海洋的探索投入了巨大的人力和物力，这也使得众多的科学工作者加入到对海洋科学的研究中，而其中海洋产业的发展离不开水声通信及相关信息技术取得的重大成就。然而，水声通信信道具有传播损失和多径效应严重的特征，因此水声信道被普遍认为是最富有挑战性的通信媒介之一。由于海洋环境包括了水体、海面、海底，同时海洋中的散射体较多，导致了水声信道具有很强多途径效应，其在接收端表现为码间干扰非常严重。为了对抗水声信道严重的码间干扰，需要发展出一种快速有效的均衡算法。

海洋环境由于受温度、盐度、水流、风浪等复杂多变的因素影响，同时海面和海底等的反射和折射使信号传播的路径增加，由此造成的多径时延是非常严重的。相比于信道响应长度一般为几个符号周期的陆地无线通信，水声通信的信道响应通常达到上百个符号周期，码间干扰非常严重，因此对均衡的性能要求很高。并且，海洋的环境噪声来源广泛以及噪声的功率比较大，信噪比往往较低。水声信道的背景噪声主要包括海洋噪声和技术噪声，如地震和水分子热运动引起的干扰噪声、船舶噪声、海底生物噪声等等，从而造成了水声信道噪声的复杂性。

对于单载波水声系统而言，由于水声信号传播缓慢并且在海洋环境中经过多次反射、折射和衰减，导致最终到达接收端的信号主要是来自于少数几个较强路径的信号叠加，从而造成了水声信道的冲击响应具有本质上的稀疏性。由于均衡器是用于抵消信道带来的影响的，所以信道响应的稀疏性导致了均衡器具有稀疏性。

受传输介质的影响，水声通信系统的传输速率要比陆地通信系统的传输速率低很多，实时性要求不高。但是海洋介质是一个背景噪声严重且多途径效应干扰严重的信道，导致了接收到的信号严重变形。所以水声通信亟须解决的问题就是尽量恢复接收到的信号，降低误码率，以保证通信的可靠。对于单载波水声系统而言，需要解决的问题是多径效应带来的码间干扰(ISI)，可以采用在时域上进行符号均衡，减少码间干扰。一种可选择的解决方案是在最小误码率准则下利用信道的稀疏特性进行时域均衡，本专利主要是应用于水声通信系统时域上利用均衡器的稀疏特性实现对符号的最小误码率均衡。

一种由华南理工大学提供的基于最小误码率准则的自适应信道均衡器及其实现方法(中国发明专利号：CN102916916A)，该专利主要特点是它直接由最小误码率准则推导迭代公式，滤波器系数的更新是根据当前的滤波输出信号和期望信号映射成的误码指示信号。该专利使用于信道响应较少的通信系统时，收敛速度较最小均方误差准则要快，但对于信道响应通常较长的水声通信则不适用。另一种由华南理工大学大学提供的一种自适应RLS判决反馈均衡系统及其实现方法(中国发明专利号：CN103957176A)，该专利的主要特点是在最小误码率准则下，使用了由输入信号计算获得的自相关逆矩阵估计进行滤波器系数的更新，同时加入了判决反馈部分。该专利收敛速度快，且能获得较低的误码率，但算法复杂度高，运算量大。