基于最小误码率准则的水下通信Turbo接收系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及数字无线通信技术，特别设及一种基于最小误码率准则的水下通信 Turbo接收系统及方法，是一种在通信系统接收端的信道均衡技术，主要应用在复杂水声环 境中。
【背景技术】
[0002] 海洋占地球面积的71%，它拥有14亿立方千米的体积。在海底及海洋中，蕴藏着极 其丰富的生物资源和矿产资源，大海洋的探索和开发具有极强的吸引力。水下声波通信时 目前最可行的水下探测和通信手段。在水声通信发展的初期，人们对水声通信系统的性能 要求通常并不是很高，但随着人类海洋研究的不断深入，对于水声通信系统的效率和可靠 性也提出了更高的要求，运使得仅使用传统的通信技术已经不能达到相应的技术要求。因 此许多新方法、新技术被引入到了水声通信领域，Turbo均衡技术就是其中之一。
[0003] -种由华南理工大学提供的基于最小误码率准则的自适应信道均衡器（中国发明 专利号:CN 102916916 B)，运种自适应均衡器包括误码指示模块与均衡模块，均衡模块包 含滤波器和系数更新单元。均衡方法包括:设置滤波系数初始值;设置控制参数值;利用当 前滤波系数对接收信号进行滤波产生滤波输出信号；由滤波输出信号、导频序列中的期望 信号计算出误码指示信号;根据步长、误码指示信号、均衡器输入信号W及期望信号，将滤 波系数更新。
[0004] Turbo均衡技术是水声相干通信克服信道多径、消除码间干扰的有效工具。Turbo 均衡算法主要分为软干扰抵消、最大后验概率、线性均衡、反馈均衡算法。针对水声信道阶 数较高且时变快的特点，为了降低计算复杂度，通常在水声信道中使用的是线性均衡的 Turbo均衡器，其中用的最广泛的是最小均方误差准则。对通信系统，误码率是其最根本的 性能指标，总体而言，现有的水声信道均衡器主要采用最小均方误差准则，运类方法不是直 接基于最小化均衡器输出信号的误码率，因此不能保证接收端误码率的最小化。
[0005] 综上所述，对于实际的水声通信系统，传统均衡不能保证满足最小误码率的条件， 有必要考虑直接基于最小误码率的化Ao均衡器。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于最小误码率准则的 水下通信化Ao接收系统及方法。
[0007] 本发明的第一个目的通过下述技术方案实现：
[000引一种基于最小误码率准则的水下通信化rk)接收系统，所述接收系统包括:最小误 码率均衡模块、解交织模块、MAP译码器模块、判决模块、交织模块W及映射模块；
[0009] 所述最小误码率均衡模块，与所述解交织模块相连，用于对接收到的信号η进行 自适应滤波并根据最小误码率的迭代算法输出外部比特软信息序列LE(Xk);
[0010] 所述解交织模块，与所述MAP译码器相连，用于将所述比特软信息序列LeU)解交 织处理恢复正确的数据顺序并将解交织后的软信息LE(bk)传送给所述MAP译码器模块；
[0011] 所述MAP译码器模块，该模块利用MAP算法结合对数似然比形式的软信息LE(bk)进 行译码，并输出新的用于反馈的软信息LD(bk)到所述交织模块，同时输出用于判决的软信息 Ld (ak)到所述判决板块；
[0012] 所述交织模块，与所述映射模块相连，用于将反馈的所述软信息LD(bk)进行交织编 码得到软信息LD(Xk)，并传输给所述映射模块；
[001引所述映射模块，与所述最小误码率均衡模块相连，用于对所述软信息LdU)硬判决 并进行BPSK调制，将得到的新符号序列S '作为训练序列反馈输入到所述最小误码率均衡模 块；
[0014] 所述判决模块，用于对所述MP译码器模块输出的用于判决的所述软信息LD(ak)进 行判决得到二进制结果序列a。
[0015] 进一步地，所述最小误码率均衡模块包括均衡单元、误码指示单元、解映射单元； 其中，所述均衡单元包括滤波器子单元和系数更新子单元，其中，所述滤波器子单元对当前 接收信号η进行滤波，得到滤输出信号，然后所述系数更新子单元依据接收到的信号 rk、导频信号sk-拟及误码指示信号Ik将当前滤波系数ck更新为ck+i，具体运算方式如下：
[0018] 其各标号的含义如下：
[0019] 马__。：滤波器子单元输出信号；
[0020] k:时隙下标，代表当前时刻；
[0021] T:表示矩阵的转置；
[0022] D:均衡器输出信号相对于发送端导频信号的延时，为不大于信道记忆长度的正整 数；
[0023] ck:由当前时刻均衡器滤波系数组成的列矢量；
[0024] η:由接收信号组成的列矢量，其元素的排列从当前时刻开始，按时间递减排序；
[0025] U:取值范围（0.01,0.5)，用于控制滤波系数的调整步长；
[0026] Ik:误码指示单元输出的误码指示信号；
[0027] 所述误码检测指示单元，基于最小误码率准则将所述滤波器子单元输出信号爲_^ 映射成误码检测指示信号Ik,作为所述最小误码率均衡模块参数调整的基准，对应关系如 下：
[002引
[0029] 其各标号的含义如下：
[0030] β:用于控制映射关系的常数；
[0031 ] sk-D:发送端导频信号中的期望信号，当该期望信号能获取时，所述最小误码率均 衡模块进入训练模式，否则，用的判决符号替代；
[0032]所述解映射单元，用于对所述均衡单元完成自适应滤波后的输出信号皂进行符号 概率计算并转化为比特概率，具体计算和解映射完成如下：
[0036] 其各标号的含义如下：
[0037] s:BPSK调制后的符号，取值为+1或-1;
[0038] xk:第k个交织后信源的比特符号；
[0039] Uk, S:计算第k个符号的概率时的高斯分布函数的均值，运里Uk, S = S;
[0040] (i:计算第k个符号的概率时的高斯分布函数的方差，运里为I |c| |2〇2，c是均衡单 元自适应迭代完成后的滤波器系数。
[0041] 进一步地，所述MAP译码器将所述软信息LE(bk)作为最大后验概率算法中的先验信 息，W如下形式转化为先验概率：
[0042]
斌
[0043] 其中，bk表示第k个交织前的信源的比特符号b取值为1或0,得到该先验概率后，根 据经典的backward/forward递归算法计算后验概率P(bk = b Ir)，其中r表示接收到的所有 数据，根据MAP算法译码得到用于判决的软信息LD(ak)，形式如下：
[0044]
口）
[0045] 输出的用于反馈的软信息LD(bk)形式如下：
[0046]
佩。
[0047] 进一步地，所述映射模块对所述软信息LD(xk)硬判决并进行BPSK调制后得到新的 符号序列s'，其中所述硬判决方式如下：
[0049] 所述BPSK调制方式如下：
[004引 (9)
[(K)加 ] (10)。
[0051]进一步地，所述判决模块对所述MP译码器模块输出的用于判决的软信息LD(ak)进 行硬判决，判决方式如下：
[0052]
(11)
[0化3] 所得的序