[發明專利]基于軟解調軟譯碼聯合迭代的遠程水聲通信方法

有效

• 申請號: 201210202414.3
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102739322A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 趙旦峰;付芳;錢晉希;王楊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04L1/00;H04L27/20
• 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水聲通信方法。特別是一種遠程水聲通信方法。

背景技術

在遠程水聲通信系統中，接收信號的信噪比直接影響通信結果的可靠性。多途擴展時延和幅度衰減都隨著通信距離的增大而增大，為了提高通信可靠性必須提高接收信號的信噪比，對信號進行抗多途干擾處理是一種有效有段。

目前國內外的遠程水聲通信系統廣泛采用抗多途處理，其方法是OFDM（正交頻分復用）技術，其不足之處是：由于OFDM的信號PAPR（峰均比）大，要增大通信距離就要增大發射功率，因此會對水聲換能器的線性放大范圍要求非常苛刻。

1998年M.Stojanovic在《Spread?Spectrum?Underwater?Acoustic?Telemetry》一文提出了采用基于Rake接收機的多徑分集接收技術，其方法是：Rake接收機對信道多途效應進行補償后突出信號中主要路徑成分，提高直達聲的信噪比，使得信道的沖擊響應函數逼近σ函數形式，從而抑制接收信號中多途效應的干擾，其不足之處是：難以實時實現并應用于工程實際。

2006年《Channel?Coding?for?Underwater?Acoustic?Communication?System》一文中提出了采用卷積碼和RS（里德-所羅門）碼的水聲信道編碼技術，其方法是采用卷積碼和RS碼來糾正殘留的錯誤成分，降低誤碼率，其不足之處是：由于水聲信道中波浪起伏產生噪聲是常見的突發噪聲，而卷積碼和RS碼糾正隨機錯誤的能力很好，但糾正水聲信道中突發錯誤的能力不好，所以譯碼后仍有高誤碼率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種既能夠彌補OFDM技術在水聲通信應用的不足，又具有工程可行性，能進一步提高遠程水聲通信的可靠性的基于軟解調軟譯碼聯合迭代的遠程水聲通信方法。

本發明的目的是這樣實現的：

發射端首先對信源發出的二進制信息序列進行LDPC（奇偶校驗碼）編碼，在原信息序列基礎上增加校驗信息而構成一串新的碼元，進行QPSK（四進制相移鍵控）調制和Gray(格雷)映射，將碼元每兩個為一組映射到星座圖中的4個位置之一，再經過Walshm復合序列擴頻后得到待發射信號，利用水聲換能器將待發射的數字信號變換為水聲信號；接收端的水聲換能器將接收到的水聲信號轉換為數字信號，利用和發射端相同的復合序列完成解擴得到接收信號，然后經自適應判決反饋均衡后得到幅度衰減的復信號，對信號進行軟解調軟譯碼聯合迭代，在達到設定的迭代次數后停止聯合迭代，由LDPC譯碼器進行BP譯碼（基于置信度傳播的迭代譯碼）后最后輸出比特值給信宿。

本發明還可以包括：

1、所述軟解調軟譯碼聯合迭代的具體過程是：QPSK解調器和LDPC譯碼器構成一個SISO（軟輸入軟輸出）模塊，均衡器輸出的信息，直接給了QPSK解調器；首先，設置LDPC譯碼器反饋給QPSK解調器的初始值為0，QPSK解調器利用軟解調算法來輸出軟信息，該軟信息直接給LDPC譯碼器，經過軟判決譯碼之后輸出軟信息；接下來開始第一次聯合迭代過程：LDPC譯碼器輸出的軟信息反饋給QPSK解調器，QPSK解調器根據這個軟信息和均衡器給出的信息，運用軟解調算法來計算各比特的外信息，該外信息減去LDPC譯碼器反饋的軟信息，減法運算之后得到的軟信息一方面作為輸入信號直接傳遞給LDPC譯碼器，另一方面作為減數和LDPC譯碼器輸出的軟信息作相減操作；相減后得到的軟信息一方面作為輸入信號直接送到QPSK解調器，另一方面作為減數和QPSK解調器輸出的軟信息作相減操作；至此，完成第一次聯合迭代，依次繼續完成第二次、第三次、……第N次迭代，直到設定的聯合迭代次數。

2、所述Walsh-m復合序列擴頻的具體過程是：首先生成長度為15的m序列，m序列整周期重復16次后構成一個新序列，用字母A來標記，然后生成長度為16的Walsh序列，將Walsh序列中的每個元素重復15次后構成一個新序列，用字母B標記，最后將A和B相乘，得到Walsh-m復合序列，將此作為擴頻序列。

3、所述均衡器是采用基于LMS（最小線性均方）算法的自適應判決反饋均衡，在編碼后的碼元中加入長度為100的訓練序列，該訓練序列在均衡的步驟完成之后就被去掉，還原為LDPC編碼后的序列長度。

4、QPSK解調器所采用的軟解調算法為：q表示第q次外迭代，D→L表示反饋信息從解調器到LDPC譯碼器，D←L表示反饋信息從LDPC譯碼器到解調器，變量L表示所有的反饋信息，為第q-1次迭代中譯碼器反饋給解調器的外信息：