[发明专利]一种水声通信中的水声信道干扰消除方法

摘要

本发明公开了一种水声通信中的水声信道干扰消除方法，所述方法包括：步骤1)建立水声信道的冲激响应时域模型和冲激响应频域模型；步骤2)利用训练序列根据水声信道的冲激响应时域模型训练得到信道冲激响应矩阵；步骤3)利用信道冲激响应矩阵消除训练序列对信息序列的信道干扰，得到消除干扰后的信息序列；步骤4)对消除干扰后的信息序列进行信道间的均衡，得到信道均衡后的信息序列的估计；步骤5)对信息序列的估计进行软判决译码，得到最终的硬判决比特。本发明的方法中可以得到较为准确的反馈符号，可以更好地消除码间干扰，改善误差传播效应。

主权项

1.一种水声通信中的水声信道干扰消除方法，所述方法包括：步骤1)建立水声信道的冲激响应时域模型和冲激响应频域模型；步骤2)利用训练序列根据水声信道的冲激响应时域模型训练得到信道冲激响应矩阵；步骤3)利用信道冲激响应矩阵消除训练序列对信息序列的信道干扰，得到消除干扰后的信息序列；步骤4)对消除干扰后的信息序列进行信道间的均衡，得到信道均衡后的信息序列的估计；步骤5)对信息序列的估计进行软判决译码，得到最终的硬判决比特；所述步骤1)具体包括：步骤1‑1)第m个水听器在k时刻接收到的基带信号表示为：其中，M为水听器的总数；x_k‑l为k‑l时刻的发射信号，h_m,l,k为发射换能器和第m个水听器之间信道冲激响应的第l个系数，L为信道冲激响应的总长度，v_m,k为第m个水听器上叠加的高斯白噪声；给定一个长度为K₁+K₂+1的观察窗，K₁为非因果部分符号的长度，K₂为因果部分符号的长度；将第m个水听器上接收到的信号写成一个列向量其中上角标T表示转置，表示m×n维的复矩阵集合，则(1)式为：y_m,k＝h_m,kx_k+v_m,k    (2)其中将所有M个水听器上接收到的信号向量进行堆叠得到：其中步骤1‑2)所述水声信道的冲激响应时频模型为：y＝hx+v    (10)其中，为发射信号，k＝K_s+1,…,K时，x_k为0；K_s为信息序列的长度，总长度K＝K_s+K_zp，K_zp在信息序列末尾补零的个数，第m个水听器接收到的信号表示为M个水听器上接收的信号进行堆叠得到为第m个水听器对应的信道时域冲激响应矩阵：所述水声信道的冲激响应频频模型为：Y＝HX+V    (12)其中，时域的发射信号向量X＝Fx，频域的高斯白噪声向量V＝F_Mv，而信道频域冲激响应矩阵H＝F_MhF^H，第m个水听器对应的频域信道冲激响应矩阵H_m＝Fh_mF^H，则F为K×K的归一化DFT矩阵，它的第m行n列的元素为：F^H为IDFT矩阵，将分块DFT矩阵记作其中表示矩阵的Kronecker积；所述步骤2)具体包括：步骤2‑1)发射端的发射的训练序列矩阵为x^t，第m个水听器接收到的信号向量为根据步骤1)的水声信道的冲激响应时频模型，得到：即：其中，h′_m表示第m个信道的冲激响应向量，K_t表示训练序列的长度；步骤2‑2)令p＝1，将x^t表示成L个列向量的组合并对每个列向量进行归一化：步骤2‑3)将逐一与匹配，寻找最佳匹配时的下标k_p：取出x^t的第k_p列，计算第k_p个抽头所对应的系数为：将中的第k_p个元素替换为步骤2‑4)计算残留误差为：步骤2‑5)如果p＜P，P为迭代总次数，则令p＝p+1，转入步骤2‑3)，否则，转入步骤2‑6)；步骤2‑6)估计得到的信道冲激响应矩阵形式为：将所有M个信道冲激响应矩阵进行堆叠可得所述步骤3)具体包括：步骤3‑1)将第m个水听器上接收到的信息序列写成由于信道冲激响应的长度为L，信息序列只有前(L‑1)个点受到干扰，干扰消除后的符号表示为：其中表示长度为K_t的训练序列的最后(L‑1)个点；步骤3‑2)将y_m的前L‑1个点替换为干扰消除后的信息序列表示为：步骤3‑3)将所有M个通道的干扰消除后的信息序列进行堆叠得到：