[發明專利]一種水聲通信中的水聲信道干擾消除方法

有效

• 申請號: 201810569429.0
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108900443B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 鄢社鋒;徐立軍;張震
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;王宇楊

本發明公開了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時域模型和沖激響應頻域模型；步驟2)利用訓練序列根據水聲信道的沖激響應時域模型訓練得到信道沖激響應矩陣；步驟3)利用信道沖激響應矩陣消除訓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行軟判決譯碼，得到最終的硬判決比特。本發明的方法中可以得到較為準確的反饋符號，可以更好地消除碼間干擾，改善誤差傳播效應。

技術領域

本發明涉及水聲通信領域，具體涉及一種水聲通信中的水聲信道干擾消除方法。

背景技術

近幾年，隨著我國海洋信息網絡不斷發展和國防建設不斷完善，對水下情報偵查、環境監測、資源勘探、災難預警等方面提出了更高的需求。因此，構建高度智能、布放方便、穩健可靠的水下傳感網絡，對于推動我國建設海洋強國的目標具有重大意義。水下傳感網絡由固定節點和移動節點組成，固定節點包括水面浮標和水底潛標，移動節點采用了自主式水下輕型航行器，各個節點之間緊密聯系、相互協作，共同實現通信、探測、定位等諸多功能。由此可見，節點之間信息的可靠傳輸是保證復雜水下系統正常運行的關鍵。因此，如何實現穩健、高效的水下通信，并設計適合水下輕型航行器的接收機結構，是亟需解決的科學問題之一。

空氣中的無線通信采用電磁波傳輸信息，具有較高的通信速率和穩定的通信性能。但在水下，電磁波由于高頻衰減，只能傳輸幾米至幾十米，過短的作用距離限制了其實際使用。聲波是另一種信息傳輸的媒介，它的工作頻段范圍為數百赫茲至數百千赫茲，在水中的傳輸距離為幾米至幾千公里，目前來說，聲波是水下通信最為靈活、有效的傳輸媒介。

相比無線通信，水聲通信最大的難點在于復雜、多變的水聲信道，它對通信質量和通信效率的影響主要體現在以下幾個方面：信號傳播損失隨著頻率升高而增加，這將中距離水聲通信系統的帶寬限制在了幾千赫茲之內；聲線在海底海面的反射以及在不同密度水層中的折射造成了嚴重的多徑效應，淺海水平信道的多徑時延長達幾十毫秒，這使得接收信號中存在嚴重的碼間干擾；由于收發換能器之間的相對運動以及傳播介質存在隨機起伏，水聲信道隨機快速時變，接收信號中存在嚴重的多普勒頻移和多普勒擴展。

綜上所述，水聲信道的諸多特性對高速、可靠的水聲通信提出了巨大的挑戰，因此，設計一個適合水聲通信系統并且具有強大檢測能力的均衡器就顯得尤為重要了。

Turbo均衡是一種應對復雜信道的有效均衡技術。它通過均衡器和譯碼器之間的軟信息交互，以迭代的方式實現均衡。最早提出來的turbo均衡器采用了(Bahl-Cocke-Jelinek-Raviv,BCJR)算法，該算法以極大后驗概率(Maximum A posterioriProbability,MAP)為準則實現逐符號均衡，因此，該turbo均衡器又稱為MAP均衡器。MAP均衡器擁有最優的檢測性能，但是具有龐大的計算量，在高階調制模式下和具有長沖激響應的信道中，會產生較大檢測延遲，嚴重影響其實際使用。取而代之的是一些次優的turbo均衡器，這些均衡器大大減小了計算量，同時也損失一定性能。具有代表性的是Tuchler等人提出的最小均方誤差線性均衡器和最小均方誤差判決反饋均衡器。