一種雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊，包括：誤碼檢測指示模塊、均衡模塊和判決單元；本發(fā)明還公開了一種實(shí)現(xiàn)雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟：1）設(shè)置前向?yàn)V波系數(shù)和后向?yàn)V波系數(shù)的初始值，設(shè)置控制參數(shù)的值；2）把未更新前前向?yàn)V波系數(shù)對接收信號序列進(jìn)行濾波的濾波結(jié)果和未更新前后向?yàn)V波系數(shù)對判決反饋信號序列進(jìn)行濾波的濾波結(jié)果求和，求和的結(jié)果作為均衡模塊輸出；3）計(jì)算誤碼檢測指示結(jié)果；4）更新前向?yàn)V波系數(shù)和后向?yàn)V波系數(shù)；5）重復(fù)步驟2）至4），直至均衡模塊系數(shù)收斂為止。具有具有靈活性高、自適應(yīng)能力強(qiáng)和自適應(yīng)收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字無線通信技術(shù)，特別涉及一種雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊及其實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明基于最小誤碼率準(zhǔn)則，是一種接收端的信道自適應(yīng)均衡技術(shù)，主要應(yīng)用在復(fù)雜水聲環(huán)境下接收端的可靠傳輸和快速自適應(yīng)均衡，可在訓(xùn)練模式下和面向判決模式下切換工作。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋中蘊(yùn)藏著豐富的海洋資源，對這些資源進(jìn)行勘測和開采引起了人類很大的關(guān)注，其中水聲通信及相關(guān)信息技術(shù)對海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要推動作用。同時，水下通信面臨著不少挑戰(zhàn)，相對于無線通信信道，水聲信道存在著很多特異性，造成了水聲通信的復(fù)雜性。水聲通信面臨的主要問題是水聲信道的時變效應(yīng)、多徑效應(yīng)、信號失真嚴(yán)重、可用頻帶少等，特別是在多變的水聲環(huán)境中和長距離通信傳輸中。相比有線通信和陸地通信而言，水下通信速率則非常低，因?yàn)樗峦ㄐ挪捎玫氖锹暡ǘ菬o線電波。電磁波在水中衰減極快，水聲通信一般以聲波作為載體，相對于陸地其可利用的頻帶窄很多，信道環(huán)境也非常復(fù)雜。
[0003]水聲信道的復(fù)雜性是由多方面造成的，海面的隨機(jī)起伏變化使水聲信號強(qiáng)度和相位不太穩(wěn)定，容易引起多徑效應(yīng)。同時海底介質(zhì)分布不均勻，信號在海底的傳播速度會隨時間和空間發(fā)生改變。在無線通信中，加性噪聲主要包括脈沖噪聲、窄帶噪聲和起伏噪聲，這些噪聲對陸地通信影響都比較大。而水聲信道的背景噪聲主要包括海洋環(huán)境噪聲和船艦自噪聲，如風(fēng)雨和潮汐引起的干擾噪聲、船舶噪聲、海底生物噪聲等等，從而構(gòu)成了復(fù)雜的水聲信道噪聲。
[0004]同時，水聲通信系統(tǒng)的傳輸速率要比陸地通信系統(tǒng)的傳輸速率低很多，實(shí)時性要求不高。但是海水介質(zhì)對水聲信號的干擾吸收和海底信道環(huán)境的復(fù)雜多變，都對水聲信號的檢測產(chǎn)生了嚴(yán)重的干擾。所以水聲通信亟須解決的問題就是盡可能降低誤碼率，以保證可靠的通信。
[0005]一種由西安電子科技大學(xué)提供的雙模式下基于支持向量機(jī)的自適應(yīng)判決反饋均衡模塊設(shè)計(jì)方法(中國發(fā)明專利號:CN102340466A)，設(shè)計(jì)一種雙模式下基于支持向量機(jī)的自適應(yīng)判決反饋均衡模塊的設(shè)計(jì)方法。這種自適應(yīng)均衡模塊包括:(I)將數(shù)字無線通信系統(tǒng)的發(fā)射端與接收端約定的訓(xùn)練數(shù)據(jù)序列輸入到自適應(yīng)判決反饋均衡模塊中；(2)初始化；(3)獲取最優(yōu)權(quán)值向量；(4)選取徑向基函數(shù)作為支持向量機(jī)核函數(shù)，采用交叉驗(yàn)證的方式求解支持向量機(jī)核函數(shù)中的懲罰因子和徑向基核函數(shù)指數(shù)系數(shù)，獲取支持向量機(jī)最優(yōu)系數(shù)；(5)重新初始化；(6)獲取均衡模塊的最終輸出信號。
[0006]另一種由TCL集團(tuán)股份有限公司提供的最小均方誤差-判決反饋均衡的聯(lián)合檢測方法和系統(tǒng)(中國發(fā)明專利號CN101997787A)，于多用戶檢測中抵抗符號間干擾，其方法包括:計(jì)算前饋濾波器和反饋濾波器；取滑動窗口內(nèi)相應(yīng)的接收信號，進(jìn)行前饋濾波；進(jìn)行反饋濾波，并判決反饋，獲得檢測符號；對均衡后的判決符號進(jìn)行干擾消除和零化處理。
[0007]在實(shí)際通信系統(tǒng)中，評價自適應(yīng)均衡模塊的優(yōu)劣主要是根據(jù)均衡算法的誤碼性能、收斂速度和算法復(fù)雜度，而衡量通信系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃宰钪饕歉鶕?jù)誤碼率。水聲通信系統(tǒng)的傳輸速率比陸地通信系統(tǒng)的傳輸速率要低很多，實(shí)時性要求會低些，但是要求盡可能降低通信的誤碼率，保證可靠穩(wěn)定的通信?，F(xiàn)有的相關(guān)自適應(yīng)均衡算法存在很多的不足，特別是難以直接應(yīng)用在復(fù)雜的水下環(huán)境中，所以基于最小誤碼率準(zhǔn)則的雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊比傳統(tǒng)的自適應(yīng)均衡模塊更具有優(yōu)勢，更適合水聲通信系統(tǒng)的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊，該雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊能夠?qū)崿F(xiàn)最小誤碼率結(jié)果，同時擁有很快的自適應(yīng)收斂速度，只需要少量的訓(xùn)練信號便可達(dá)到非常好的系統(tǒng)性能。
[0009]本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種實(shí)現(xiàn)雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊的實(shí)現(xiàn)方法，該實(shí)現(xiàn)方法克服了現(xiàn)有的相關(guān)自適應(yīng)均衡算法難以直接應(yīng)用在復(fù)雜的水下環(huán)境中的不足。
[0010]本發(fā)明的首要目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊，包括誤碼檢測指示模塊、均衡模塊和判決單元，所述誤碼檢測指示模塊處理結(jié)果為將前一次濾波輸出信號yk映射成誤碼檢測指示信號I k，作為均衡模塊參數(shù)調(diào)整的基準(zhǔn)，對應(yīng)關(guān)系如下所述:
[0011 ] ξ k=tanh ( β yk) _sk_D,
[0012]其中，下標(biāo)k 表示當(dāng)前時刻，下標(biāo)D為均衡模塊輸出信號相對于發(fā)送端信號的時延；sk-D為發(fā)送端導(dǎo)頻信號中的期望信號，此時期望信號可準(zhǔn)確獲取，均衡模塊進(jìn)入訓(xùn)練模式(training mode);當(dāng)導(dǎo)頻信號中的期望信號sk_D無法獲取時,可用替代sk_D, K—d為
均衡模塊輸出的判決結(jié)果，是對發(fā)送端導(dǎo)頻信號中期望信號Sk-D的估計(jì)，此時均衡模塊進(jìn)入面向判決模式(decision-direct mode) ； β為用于控制映射關(guān)系的常數(shù)因子；
[0013]所述均衡模塊包含濾波器和系數(shù)更新單元，濾波器包括前向?yàn)V波器和后向?yàn)V波器，前向?yàn)V波器對當(dāng)前時刻接收信號序列rk進(jìn)行濾波，后向?yàn)V波器對判決反饋信號序列
進(jìn)行濾波，將兩項(xiàng)結(jié)果合并，得到輸出信號yk:
【權(quán)利要求】
1.一種雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊，其特征在于，包括:誤碼檢測指示模塊、均衡模塊和判決單兀； 所述誤碼檢測指示模塊的處理結(jié)果為將前一次濾波輸出信號yk映射成誤碼檢測指示信號lk，作為均衡模塊參數(shù)調(diào)整的基準(zhǔn)，對應(yīng)關(guān)系如下:
ξk=tanh(3 yk)-sk_D, 其中，β為用于控制映射關(guān)系的常數(shù)因子；yk表示當(dāng)前時刻，sk-D中的下標(biāo)D表示均衡模塊輸出信號相對于發(fā)送端信號的時延，Sk-D表示發(fā)送端導(dǎo)頻信號中的期望信號，判斷所述期望信號Sk-D是否能獲取；當(dāng)所述導(dǎo)頻信號中的期望信號能獲取時，所述均衡模塊進(jìn)入訓(xùn)練模式；否則，用?替代sk-D，所述毛』為均衡模塊輸出的判決結(jié)果，是指對發(fā)送端導(dǎo)頻信號中期望信號Sk-D的估計(jì)，所述均衡模塊進(jìn)入面向判決模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊，其特征在于，所述均衡模塊包含濾波器和系數(shù)更新單元，所述濾波器包括前向?yàn)V波器和后向?yàn)V波器，所述前向?yàn)V波器用于對當(dāng)前時刻接收信號序列rk進(jìn)行濾波，所述后向?yàn)V波器用于對判決反饋信號序列I—β進(jìn)行濾波，將對當(dāng)前時刻接收信號序列rk進(jìn)行濾波后的結(jié)果和對判決反饋信號序列\(zhòng) ^進(jìn)行濾波的結(jié)果進(jìn)行合并，得到輸出信號yk:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊，其特征在于，所述判決單元依據(jù)均衡后的輸出信號yk直接進(jìn)行判決，判決結(jié)果將作為均衡模塊中后向?yàn)V波的輸入信號，實(shí)現(xiàn)如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊，其特征在于，所述均衡模塊的輸出為:把未更新前前向?yàn)V波系數(shù)對接收信號序列rk進(jìn)行濾波的濾波結(jié)果和未更新前后向?yàn)V波系數(shù)IV1對判決反饋信號序列Si進(jìn)行濾波的濾波結(jié)果的和，所述均衡模塊用于根據(jù)發(fā)送端導(dǎo)頻信號中期望信號能否獲取，來切換訓(xùn)練模式和面向判決模式。
5.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的雙模自適應(yīng)判決反饋均衡模塊的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟: O設(shè)置前向?yàn)V波系數(shù)和后向?yàn)V波系數(shù)的初始值f。和k，所述&和Idci均為任意非零向量值；設(shè)置控制參數(shù)D、β、μ f、μ b、Nf和Nb的值； 2)把未更新前前向?yàn)V波系數(shù)fk-1對接收信號序列rk進(jìn)行濾波的濾波結(jié)果和未更新前后向?yàn)V波系數(shù)IV1對判決反饋信號序列Si進(jìn)行濾波的濾波結(jié)果求和，求和的結(jié)果作為均衡模塊輸出yk ; 3)根據(jù)導(dǎo)頻信號中的期望信號Sk-D或?qū)ьl信號中的期望信號的估計(jì)Λ、濾波輸出信號yk以及設(shè)定的β值，計(jì)算誤碼檢測指示結(jié)果 4)根據(jù)前向?yàn)V波步長μf、后向?yàn)V波步長P b、誤碼檢測指示結(jié)果ξ,、接收信號序列rk以及判決反饋信號序列i，將前向?yàn)V波系數(shù)和后向?yàn)V波系數(shù)Iv1更新為fk和bk ； 5)重復(fù)步驟2)至4)，直至均衡模塊系數(shù)收斂為止。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙模自適應(yīng) 判決反饋均衡模塊的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟5)中的均衡模塊 系數(shù)收斂指I Ifk-fk-1l 1 + 1 Ibk-1v1I I ( ε。
【文檔編號】H04B13/02GK103825852SQ201410041987
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】陳芳炯, 鄭倍雄, 潘偉鏘, 季飛, 余華 申請人:華南理工大學(xué)