[發(fā)明專利]一種水聲通信中的水聲信道干擾消除方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810569429.0
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108900443B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄢社鋒;徐立軍;張震
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;王宇楊

1.一種水聲通信中的水聲信道干擾消除方法，所述方法包括：

步驟1)建立水聲信道的沖激響應(yīng)時域模型和沖激響應(yīng)頻域模型；

步驟2)利用訓(xùn)練序列根據(jù)水聲信道的沖激響應(yīng)時域模型訓(xùn)練得到信道沖激響應(yīng)矩陣；

步驟3)利用信道沖激響應(yīng)矩陣消除訓(xùn)練序列對信息序列的信道干擾，得到消除干擾后的信息序列；

步驟4)對消除干擾后的信息序列進(jìn)行信道間的均衡，得到信道均衡后的信息序列的估計；

步驟5)對信息序列的估計進(jìn)行軟判決譯碼，得到最終的硬判決比特；

所述步驟1)具體包括：

步驟1-1)第m個水聽器在k時刻接收到的基帶信號表示為：

其中，M為水聽器的總數(shù)；x_k-l為k-l時刻的發(fā)射信號，h_m,l,k為發(fā)射換能器和第m個水聽器之間信道沖激響應(yīng)的第l個系數(shù)，L為信道沖激響應(yīng)的總長度，v_m,k為第m個水聽器上疊加的高斯白噪聲；

給定一個長度為K₁+K₂+1的觀察窗，K₁為非因果部分符號的長度，K₂為因果部分符號的長度；將第m個水聽器上接收到的信號寫成一個列向量其中上角標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置，表示m×n維的復(fù)矩陣集合，則(1)式為：

y_m,k＝h_m,kx_k+v_m,k (2)

其中

將所有M個水聽器上接收到的信號向量進(jìn)行堆疊得到：

其中

步驟1-2)所述水聲信道的沖激響應(yīng)時頻模型為：

y＝hx+v (10)

其中，為發(fā)射信號，k＝K_s+1,…,K時，x_k為0；K_s為信息序列的長度，總長度K＝K_s+K_zp，K_zp在信息序列末尾補(bǔ)零的個數(shù)，第m個水聽器接收到的信號表示為M個水聽器上接收的信號進(jìn)行堆疊得到為第m個水聽器對應(yīng)的信道時域沖激響應(yīng)矩陣：

所述水聲信道的沖激響應(yīng)頻頻模型為：

Y＝HX+V (12)

其中，時域的發(fā)射信號向量X＝Fx，頻域的高斯白噪聲向量V＝F_Mv，而信道頻域沖激響應(yīng)矩陣H＝F_MhF^H，第m個水聽器對應(yīng)的頻域信道沖激響應(yīng)矩陣H_m＝Fh_mF^H，則F為K×K的歸一化DFT矩陣，它的第m行n列的元素為：

F^H為IDFT矩陣，將分塊DFT矩陣記作其中表示矩陣的Kronecker積；

所述步驟2)具體包括：

步驟2-1)發(fā)射端的發(fā)射的訓(xùn)練序列矩陣為x^t，第m個水聽器接收到的信號向量為根據(jù)步驟1)的水聲信道的沖激響應(yīng)時頻模型，得到：

即：

其中，h′_m表示第m個信道的沖激響應(yīng)向量，K_t表示訓(xùn)練序列的長度；

步驟2-2)令p＝1，將x^t表示成L個列向量的組合并對每個列向量進(jìn)行歸一化：

步驟2-3)將逐一與匹配，尋找最佳匹配時的下標(biāo)k_p：

取出x^t的第k_p列，計算第k_p個抽頭所對應(yīng)的系數(shù)為：

將中的第k_p個元素替換為

步驟2-4)計算殘留誤差為：

步驟2-5)如果p＜P，P為迭代總次數(shù)，則令p＝p+1，轉(zhuǎn)入步驟2-3)，否則，轉(zhuǎn)入步驟2-6)；

步驟2-6)估計得到的信道沖激響應(yīng)矩陣形式為：

將所有M個信道沖激響應(yīng)矩陣進(jìn)行堆疊可得

所述步驟3)具體包括：

步驟3-1)將第m個水聽器上接收到的信息序列寫成由于信道沖激響應(yīng)的長度為L，信息序列只有前(L-1)個點受到干擾，干擾消除后的符號表示為：

其中表示長度為K_t的訓(xùn)練序列的最后(L-1)個點；

步驟3-2)將y_m的前L-1個點替換為干擾消除后的信息序列表示為：

步驟3-3)將所有M個通道的干擾消除后的信息序列進(jìn)行堆疊得到：