一种自适应turbo均衡方法及均衡器，水声通信系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及水声信道通信领域，尤其设及一种自适应turbo均衡方法及均衡器，水 声通信系统。
【背景技术】
[0002] 水声信道的多径效应造成码间干扰，严重影响水声通信的性能。一般在接收机中 会采用均衡器来消除码间干扰，均衡利用了迭代均衡的思想，通过译码器向均衡器传递外 信息，W此作为均衡器的先验信息，使得均衡结果更加可靠。
[0003] 采用tuAo均衡进行纠错译码和均衡的迭代处理，将信息比特序列的软信息在软 输入软输出（SIS0: soft-i叩Ut soft-output)均衡器和SISO译码器之间进行多次迭代，可 W达到抑制码间干扰的目的。如果信道冲激响应已知且不变，进行turbo均衡处理时，可将 SISO译码器的输出信息映射为逐个符号的先验符号方差，结合信道冲激响应在每个符号时 刻进行矩阵求逆得到SISO均衡器的系数。
[0004] 然而，由于水面的起伏、水体扰动W及通信装置的移动，水声信道的信道冲激响应 是未知且时变的，现有的实用化rbo均衡方法为自适应turbo均衡方法，SISO均衡器的抽头 系数通过直接自适应算法得到，抽头系数在相邻符号之间变化很小，因而忽略了先验符号 方差序列的时变性，导致turbo均衡性能的恶化。
【发明内容】
[000引本发明的目的是提供一种能够克服上述问题的自适应turbo均衡方法及均衡器， 水声通信系统。
[0006] 为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种自适应turbo均衡方法，该方法包括 W下步骤：
[0007] 根据接收的符号序列Hi)和先验符号均值矢量^/)，计算初步符号估计值；,(/); 根据初步符号估计值 Mz')和先验符号方差v( i)，计算先验方差反馈的符号估计值#')；根 据先验方差反馈的符号估计值通过计算得到各符号的输出对数似然比LLR。
[000引优选地，初步符号估计值.与川，通过W下公式得到：
[0009] 丈1 (V) = W, (V)T r (/) + W;肿玄(/)
[0010] 其中，wi(i)为前向滤波器的抽头系数，W2(i)为先验均值反馈滤波器和先验方差反 馈滤波器的抽头系数，i表示时刻。
[OOU]优选地，抽头系数wi(i)、W2(i)通过最小均方误差LMS均衡算法更新，具体通过W下 公式得到：
[001引 wi(i+l)=wi(i)+]ie(i);r(i)
[0013] W, + = (守+^e(Z)X(/)
[0014]其中，y为自适应算法的步长，e(i)为判决所得的符号的误差值；
[001引 e(i)通过W下公式得到：
[0016] e(z.) = x(V)_i(z.)(王1 如 C I)
[0017] 其中，3(/)为对先验方差反馈的符号估计值《闲进行判决得到的符号判决估计值， ^为前面的训练符号数。
[001引优选地，先验方差反馈的符号估计值：^灼，通过^下公式得到：
[0019] .t(/) = i-；(/) + W,(/f ?(/)
[0020] 其中，f約为方差反馈变量序列矢量。
[0021] 优选地，方差反馈变量序列矢量，通过W下公式得到：
[0022] /(〇 = f,村(叫〇_勺
[002引 f好=[/(/ _ W)…/仁' -1) /衫+々.../ (Z.十明广
[0024]其中，f(i)为方差反馈变量序列，V为先验符号方差的时间平均值。
[00巧]优选地，先验符号方差的时间平均值V，:通过W下公式得到：
[0026] 矿=Et>〇.)A
[0027] 其中，L为一帖的符号长度，0<i<L。
[0028] 优选地，先验符号均值矢量S(Z)和先验符号方差v(i)通过先验符号信息映射得 到。
[0029 ]另一方面，本发明提供了 一种自适应化Ao均衡器，包括：
[0030] 第一计算模块，用于根据接收的符号序列r(i)和先验符号均值矢量n<)，计算初 步符号估计值^巧；第二计算模块，用于根据初步符号估计值村和先验符号方差V(i)，计 算先验方差反馈的符号估计值第立计算模块，用于根据先验方差反馈的符号估计值 巧通过计算得到各符号的输出对数似然比LLR。
[0031] 优选地，先验方差反馈的符号估计值iK)，通过W下公式得到：
[0032] X村=為(/) +Ws(Z)Tf(Z)
[0033] 其中，f約为方差反馈变量序列矢量，通过W下公式得到：
[0034] /(/) = ii(z)(v(/)-v)
[003引巧/)=[飾-斯）.../(/-；1) /片 + 1) ... /(i+'wf
[0036] 其中，f(i)为方差反馈变量序列，V为先验符号方差的时间平均值。
[0037] 先验符号方差的时间平均值V，通过W下公式得到：
[0038]
[0039] 其中，L为一帖的符号长度，0< i<L。
[0040] 又一方面，本发明提供了一种水声通信系统，包括如上述另一方面所述的化rbo均 衡器。
[0041] 本发明针对水声通信中的自适应turbo均衡，提出一种具有先验符号方差反馈的 自适应SISO均衡器结构，先验符号方差W加权反馈的形式而不是干预均衡器系数的形式作 用于符号估计。因而，本发明提供的化rbo均衡器在自适应均衡的同时，较好地利用SISO译 码器输出的先验符号信息，提高时变多径下的通信性能，降低信噪比口限。
【附图说明】
[0042] 为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运些附图获得其他的附图。
[0043] 图1为现有基于turk)均衡的水声通信系统的信号传输流程示意图；
[0044] 图2为现有技术自适应化rbo均衡方法流程示意图；
[004引图3为本发明实施例提供的一种自适应turk)均衡方法流程示意图；
[0046] 图4为本发明实施例提供的一种自适应化rbo均衡器结构示意图；
[0047] 图5为采用本发明实施例提供的自适应turbo均衡方法及均衡器，水声通信系统与 现有化rbo均衡的误比特率对比曲线图。
【具体实施方式】
[0048] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图W具体实施例做进一步的解释说 明。
[0050] 为了更清晰的理解本发明和现有技术的区别，在下面通过图1、图2来描述现有技 术的自适应化rbo均衡方法。
[0051] 图1为现有基于化rbo均衡的水声通信系统的信号传输流程示意图，如图1所示，包 括步骤100-106。
[0052] 在步骤100,待发送比特数据，经过信道编码及交织，信道编码和交织分别采用常 规的递归系统卷积码和随机交织的方式。
[0053] 在步骤101，将经过信道编码及交织的待发送数据经过星座图映射，即对发送符号 的幅度、相位进行调制。
[0054] 在步骤102,对调制后的符号进行组帖，组帖过程在帖头加入训练序列及化irp同 步信号。（化i巧信号为一种线性调频信号）
[0055] 在步骤103,组帖后的符号经过水声信道发射，将电信号转换为声信号，在水中发 射传输。
[0056] 在步骤104,接收端对接收的符号进行同步处理，接收符号序列。接收端接收声信 号并转换为电信号，接收端同步方式采用基于化irp信号相关计算的方式。
[0057] 对同步处理后的符号turbo均衡迭代，W消除码间干扰。Turbo均衡包括SISO均衡 和SISO译码两部分。
[0058] 在步骤105，SIS0均衡采用带有先验均值反馈的自适应均衡算法。
[0059] 在步骤106 ,SISO译码采用常规的基于软输入软输出Viterbi (维特比）算法。SISO 译码后的符号信息再次返给SISO均衡，为先验符号信息，通过先验符号信息迭代计算，求出 收敛结果好的符号信息。运里的收敛，指的是估计值与真实值的误差较小。
[0060] 在SISO译码器与SISO均衡器之间迭代处理数据的过程，称为化Ao均衡。
[0061 ]图2为现有技术自适应turbo均衡方法流程示意图，如图2所示，该方法包括步骤 200-205。
[0062] 在步骤200 ,SISO均衡器基带接收符号r(i)。
[0063] 在化rbo均衡的迭代过程中，一帖的符号长度为L，各符号的真实值为{x(i)K〇<i <L)，其中前^个符号是训练符号，训练符号在接收端是已知的。经过同步处理之后的基带 接收序列为lr(i)}。
[0064] 在步骤2〇1，前向滤波，得到戈,(0。
[0065] 其中，前向滤波，指的是在接收端对接收符号r(i)进行线性滤波处理，初步抑制由 信道多径现象造成的符号间干扰，得到爲灼。
[0066] 在步骤202,根据前向滤波和反馈滤波，得到符号估计值.引/)。
[0067] 常用的自适应turbo均衡包括前向滤波和反馈滤波两部分，二者结合抑制符号间 干扰。
[0068] 运里的反馈滤波指的是先验均值反馈滤波，根据前向滤波和反馈滤波计算符号估 计值，即
[0069] 去料二 Wi (Z)T r (/) + W; X (/)
[0070] 其中wi(i)为i时刻前向滤波器抽头系数，长度为2N+l，W2(i)为i时刻先验均值反馈 滤波器的抽头系数，长度为2N。先验符号均值矢量为S闲=.[啤-W) ?'部-1)却4-1)，.'坤"fW/， 可W看出X灼由i时刻相邻时刻的先验均值构成，不包含i时刻本身的先验均值:^(/)。
[0071] 需要说明的是，在步骤205,根据先验符号信息，得到先验符号均值，运里的先验符 号信息为前一时刻SISO译码器的输出。
[0072] 在步骤2〇3,对数似然比转换，得到巧巧。
[0073] SISO均衡器的作用是根据{r(i)}和{巧村}，经过前向滤波器和反馈滤波器，并时 时更新各滤波器的抽头系数，计算得到各符号的输出对数似然比化R，即{巧00}。其中， .皆(:〇}为SISO译码器输出的先验符号信息。
[0074] 需要说明的是，运里{巧(巧为先验符号信息，即SISO译码器输出先验符号信息。例 如:将i时刻SISO译码器输出信息巧村，反馈给SISO均衡器。作为SISO均衡器i+1时刻的输 入，由于SISO均衡器i+1时刻输入的符号信息是已知的，那么可W根据i+1时刻SISO译码器 的输出信息，对各滤波器(前向滤波器、反馈滤波器)的参数即抽头系数做更新调整，W使得 turbo均衡的输入与输出端收敛，即利用化rbo迭代，保证时变多径下的通信性能。
[00巧]在步骤204,根据SISO译码器输出先验符号信息巧巧，对先验符号映射。映射得到 先验符号均值。SISO均衡器对数似然比转换