[發明專利]基于MMSE的水聲OFDM判決迭代信道均衡方法

有效

• 申請號: 201110230558.5
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN102571666A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 馬雪飛;喬鋼;馬璐;孫宗鑫;周鋒;劉淞佐;鄭彩云;章佳榮;文明;王玥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種高速水聲通信判決信道均衡方法。

背景技術

聲波是水下唯一的可進行遠程傳輸的信息載體，隨著海洋開發的不斷深入，對水下通信的傳輸效率和可靠性要求也越來越高。由于水聲信道具有窄帶寬、強多徑、高噪聲、隨機時-空-頻變等特性，因而實現水下節點間高速率、穩健的通信是亟待解決的難題。正交頻分復用技術具有抗多徑衰落、抗突發干擾等優點，并且適合于高速數據傳輸。然而應用在水聲環境中，節點間通信由于信道的多徑效應使得某些子載波發生深度衰落，并且信道的隨機緩慢時變會導致信道的多徑結構產生變化，都會影響最終解調結果。所以針對以上問題進行水聲OFDM信道均衡技術研究是提高系統性能的關鍵。

現有的OFDM信道估計方法大體可以分為盲信道估計和導頻輔助信道估計兩種。盲的信道估計方法不需要傳輸已知數據來進行估計，可以提高有效數據的傳輸效率，在高傳輸速率的數字通信系統中具有明顯的優勢。但是它的收斂速度慢，計算也較復雜，不適合在復雜多變的水聲信道中使用。導頻輔助信道估計方法是在數據流中插入一定數量的時域或頻域的已知數據(導頻)，通過已知頻點上信道頻響來估計出整個信道的頻響。其中常見的導頻插入方式有塊狀和梳狀兩種。塊狀導頻以一定的時域間隔插入完整的OFDM符號(已知)，可以無需插值直接估計出完整的信道頻響，然后均衡其它數據符號，但是對于時變信道的實時跟蹤性差；梳狀導頻均勻分布在每個OFDM符號中，通過對導頻位置的信道頻響插值得到數據子載波位置的信道頻響，可以有效的跟蹤信道時變，但存在插值誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供適應于緩慢時變的基于MMSE的水聲OFDM判決迭代信道均衡方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明基于MMSE的水聲OFDM判決迭代信道均衡方法，其特征是：

(1)MMSE信道估計：

MMSE算法估計的信道頻響為H_mmse，其表達式為：其中I為單位陣、F為傅里葉變換矩陣、X為塊狀導頻符號、V_N為噪聲方差、H_LS為LS估計信道頻域響應、R_gg為時域信道自相關矩陣、R_HH為頻域信道自相關矩陣、上腳標H表示共軛轉置、上腳標表示矩陣求逆，

H為實際信道頻域響應，利用LS算法即最小二乘算法估計的信道頻響H_LS包含噪聲，即含有誤差e_F：

對H_LS進行傅里葉逆變換，得到信道的沖激響應估計：

g為實際信道沖激響應，得到的沖激響為包含誤差e_T的信道沖激響應，可以表示為：

則得到MMSE信道估計：

其中時域信道自相關矩陣噪聲的方差V_N以利用對噪聲的采樣求得，利用代替實際時域信道自相關矩陣R_gg的誤差：

其中V表示利用LS算法估計信道沖激響應的方差；

(2)基于MMSE判決迭代均衡：

表示第t(t＝0，1，2…)個OFDM符號中的第k(k＝0，1，2…K)個子信道的頻響估計，k(k＝0，1，2，...K)為一個OFDM符號中子信道的索引，t(t＝0，1，2，...)為幀結構中的OFDM符號索引，其中塊狀導頻符號的索引t＝0，數據符號索引

對導頻符號的信道進行估計，得到導頻的信道頻響

信道估計方式采用MMSE算法：

其中MMSE信道頻響估計的下腳標0表示OFDM符號索引號為0，即塊狀導頻符號，S₀表示塊狀導頻向量構成的對角陣，上腳標H表示共軛轉置，上腳標表示矩陣求逆，Y₀為接收導頻向量，σ²_n為噪聲方差，R_HH為頻域信道子相關矩陣；

將MMSE信道頻響估計向量簡寫為標量形式然后將導頻符號估計的信道頻響對接收的第一個數據符號即與導頻相鄰的OFDM符號進行均衡，得到均衡后的數據

其中的上標～表示判決之前的數據符號估計，

對均衡后的數據進行解映射和解碼判決，得到原始數據的估計將解碼后的二進制數據按原編碼規則重新進行編碼，得到二次編碼后的數據：