[發明專利]一種單載波多用戶水聲通信方法

有效

• 申請號: 202110226022.X
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112953653B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 韓笑;朱廣軍;殷敬偉;葛威;李林;田亞男
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種單載波多用戶水聲通信方法，其特征在于，包括以下步驟：

搭建多用戶水聲通信系統，將多用戶系統建模為多個單輸入多輸出系統的疊加，接收信號模型為：

其中，是第m個水聽器的接收的第i個數據塊，N_b是每一個數據塊的長度，為第n個發射換能器與第m個接收水聽器之間的信道，信道長度為L，w_m,i為第m個水聽器上采集的均值為0方差σ²的加性高斯白噪聲，X_n,i定義為

其中的x_n,k為發射端發送的符號；

步驟1：輸入：第i塊接收信號y_m,i，m∈[1,M]，M為接收陣元數，全部用戶的導頻向量X_n，其中，n∈[1,N]，N為用戶的數量，即發射天線數，根據信道參數將接收數據劃分為N_B個數據塊、迭代次數Iter，i∈[1,N_B]；

步驟2：信道和參數初始化，具體為：根據反饋的軟信息，計算反饋符號更新迭代次數Iter，利用MMSE信道估計算法進行初始信道估計，得到其中m∈[1,M]，表示發射陣元n與接收陣元m之間的信道，“1”表示第“1”個數據塊；

步驟3：塊間干擾消除，消除因為缺少保護間隔而產生的前一個數據塊對當前數據塊的影響，具體為：塊間干擾消除在每一個數據塊開始處理之前進行，重構的塊間干擾符號為：

其中，且其中k的取值范圍為[N_b+1,N_b+L+1]，將重構的塊間干擾信號從當前塊中減去；

步驟4：連續干擾消除，利用上一次迭代反饋的先驗符號以及估計的信道重構多址干擾其中l∈[1,N],l≠n，n表示期望用戶索引值，l表示干擾用戶索引值，并對多址干擾的進行幅度補償和時間延遲，最后從接收信號中減去，得到僅包含期望信號和噪聲的多通道數據具體為：多址干擾重構：

其中，為上一次迭代產生的用戶l的先驗符號，在第一次迭代中，為上一個數據塊估計結果的硬判決符號；

干擾尺度因子：

其中，是重構干擾信號與目標信號的匹配濾波輸出結果，τ是匹配濾波器輸出最大峰值的時延值，P_l是發射信號的平均功率，N₀是噪聲功率；

將重構的多址干擾從接收信號中減去，結果表示為：

其中，

步驟5：信道更新，利用消除多址干擾之后的信號更新期望用戶信道，使用MMSE信道估計算法，具體為：

其中，是噪聲功率，I_L是維度為L的單位矩陣，(·)^H表示矩陣的共軛轉置，定義為上一次迭代反饋的符號；

步驟6：時間反轉合并，利用被動時間反轉合并技術將接收的多通道信號轉換成單通道數據具體為：

其中，X_n,i和X_l,i分別表示用戶n和用戶l的第i塊發射符號矩陣，q_nn,m,i和q_nl,m,i為Q函數，為干擾消除尺度因子，z_n為噪聲項；

步驟7：軟判決反饋均衡，使用軟判決反饋均衡消除殘留的碼間干擾，軟判決反饋均衡器的輸出為：

其中，ff_k和fb_k分別為軟判決反饋均衡器的前饋和反饋濾波器，k表示第k個符號，并且使用遞歸最小二乘自適應算法更新，和分別表示k時刻對應和中的滑動窗向量，的時間滑動窗范圍為[k-K₂,k+K₁]，的滑動窗范圍為[k-K₄,k+K₃]，其中，K₁,K₂,K₃和K₄表示均衡器抽頭系數長度；

步驟8：判斷n＝N是否成立，若成立，則當前數據塊所有用戶檢測完成，執行步驟9，進行下一個數據塊的處理；否則，執行步驟4，繼續檢測當前數據的剩余用戶；

步驟9：判斷i＝N_B是否成立，若成立，則當前迭代的數據塊全部處理完成，執行步驟10對檢測的符號進行信道解碼；否則，執行步驟3，繼續檢測下一個數據塊；

步驟10：計算對數似然比、解交織、信道解碼，輸出解碼結果和反饋軟信息，反饋外信息作為下一次迭代的先驗信息：

其中，L_e(c_n,j)表示用戶n比特c_n,j的對數似比，表示以條件概率計算的對數似然比，L(c_n,j)表示上一次迭代反饋的對數似然比；

步驟11：判斷迭代次數是否達到Iter，若達到最大迭代次數，則解碼完成，輸出表示用戶n比特序列的估計結果，否則執行步驟2繼續迭代。