一种双模自适应判决反馈均衡模块及其实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种双模自适应判决反馈均衡模块，包括：误码检测指示模块、均衡模块和判决单元；本发明还公开了一种实现双模自适应判决反馈均衡模块的实现方法，包括如下步骤：1）设置前向滤波系数和后向滤波系数的初始值，设置控制参数的值；2）把未更新前前向滤波系数对接收信号序列进行滤波的滤波结果和未更新前后向滤波系数对判决反馈信号序列进行滤波的滤波结果求和，求和的结果作为均衡模块输出；3）计算误码检测指示结果；4）更新前向滤波系数和后向滤波系数；5）重复步骤2）至4），直至均衡模块系数收敛为止。具有具有灵活性高、自适应能力强和自适应收敛速度快等优点。
【专利说明】一种双模自适应判决反馈均衡模块及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数字无线通信技术，特别涉及一种双模自适应判决反馈均衡模块及其实现方法，本发明基于最小误码率准则，是一种接收端的信道自适应均衡技术，主要应用在复杂水声环境下接收端的可靠传输和快速自适应均衡，可在训练模式下和面向判决模式下切换工作。
【背景技术】
[0002]海洋中蕴藏着丰富的海洋资源，对这些资源进行勘测和开采引起了人类很大的关注，其中水声通信及相关信息技术对海洋产业的发展有重要推动作用。同时，水下通信面临着不少挑战，相对于无线通信信道，水声信道存在着很多特异性，造成了水声通信的复杂性。水声通信面临的主要问题是水声信道的时变效应、多径效应、信号失真严重、可用频带少等，特别是在多变的水声环境中和长距离通信传输中。相比有线通信和陆地通信而言，水下通信速率则非常低，因为水下通信采用的是声波而非无线电波。电磁波在水中衰减极快，水声通信一般以声波作为载体，相对于陆地其可利用的频带窄很多，信道环境也非常复杂。
[0003]水声信道的复杂性是由多方面造成的，海面的随机起伏变化使水声信号强度和相位不太稳定，容易引起多径效应。同时海底介质分布不均匀，信号在海底的传播速度会随时间和空间发生改变。在无线通信中，加性噪声主要包括脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声，这些噪声对陆地通信影响都比较大。而水声信道的背景噪声主要包括海洋环境噪声和船舰自噪声，如风雨和潮汐引起的干扰噪声、船舶噪声、海底生物噪声等等，从而构成了复杂的水声信道噪声。
[0004]同时，水声通信系统的传输速率要比陆地通信系统的传输速率低很多，实时性要求不高。但是海水介质对水声信号的干扰吸收和海底信道环境的复杂多变，都对水声信号的检测产生了严重的干扰。所以水声通信亟须解决的问题就是尽可能降低误码率，以保证可靠的通信。
[0005]一种由西安电子科技大学提供的双模式下基于支持向量机的自适应判决反馈均衡模块设计方法(中国发明专利号:CN102340466A)，设计一种双模式下基于支持向量机的自适应判决反馈均衡模块的设计方法。这种自适应均衡模块包括:(I)将数字无线通信系统的发射端与接收端约定的训练数据序列输入到自适应判决反馈均衡模块中；(2)初始化；(3)获取最优权值向量；(4)选取径向基函数作为支持向量机核函数，采用交叉验证的方式求解支持向量机核函数中的惩罚因子和径向基核函数指数系数，获取支持向量机最优系数；(5)重新初始化；(6)获取均衡模块的最终输出信号。
[0006]另一种由TCL集团股份有限公司提供的最小均方误差-判决反馈均衡的联合检测方法和系统(中国发明专利号CN101997787A)，于多用户检测中抵抗符号间干扰，其方法包括:计算前馈滤波器和反馈滤波器；取滑动窗口内相应的接收信号，进行前馈滤波；进行反馈滤波，并判决反馈，获得检测符号；对均衡后的判决符号进行干扰消除和零化处理。
[0007]在实际通信系统中，评价自适应均衡模块的优劣主要是根据均衡算法的误码性能、收敛速度和算法复杂度，而衡量通信系统传输的可靠性最主要是根据误码率。水声通信系统的传输速率比陆地通信系统的传输速率要低很多，实时性要求会低些，但是要求尽可能降低通信的误码率，保证可靠稳定的通信。现有的相关自适应均衡算法存在很多的不足，特别是难以直接应用在复杂的水下环境中，所以基于最小误码率准则的双模自适应判决反馈均衡模块比传统的自适应均衡模块更具有优势，更适合水声通信系统的使用。
【发明内容】
[0008]本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种双模自适应判决反馈均衡模块，该双模自适应判决反馈均衡模块能够实现最小误码率结果，同时拥有很快的自适应收敛速度，只需要少量的训练信号便可达到非常好的系统性能。
[0009]本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种实现双模自适应判决反馈均衡模块的实现方法，该实现方法克服了现有的相关自适应均衡算法难以直接应用在复杂的水下环境中的不足。
[0010]本发明的首要目的通过下述技术方案实现:一种双模自适应判决反馈均衡模块，包括误码检测指示模块、均衡模块和判决单元，所述误码检测指示模块处理结果为将前一次滤波输出信号yk映射成误码检测指示信号I k，作为均衡模块参数调整的基准，对应关系如下所述:
[0011 ] ξ k=tanh ( β yk) _sk_D,
[0012]其中，下标k 表示当前时刻，下标D为均衡模块输出信号相对于发送端信号的时延；sk-D为发送端导频信号中的期望信号，此时期望信号可准确获取，均衡模块进入训练模式(training mode);当导频信号中的期望信号sk_D无法获取时,可用替代sk_D, K—d为
均衡模块输出的判决结果，是对发送端导频信号中期望信号Sk-D的估计，此时均衡模块进入面向判决模式(decision-direct mode) ； β为用于控制映射关系的常数因子；
[0013]所述均衡模块包含滤波器和系数更新单元，滤波器包括前向滤波器和后向滤波器，前向滤波器对当前时刻接收信号序列rk进行滤波，后向滤波器对判决反馈信号序列
进行滤波，将两项结果合并，得到输出信号yk:
【权利要求】
1.一种双模自适应判决反馈均衡模块，其特征在于，包括:误码检测指示模块、均衡模块和判决单兀； 所述误码检测指示模块的处理结果为将前一次滤波输出信号yk映射成误码检测指示信号lk，作为均衡模块参数调整的基准，对应关系如下:
ξk=tanh(3 yk)-sk_D, 其中，β为用于控制映射关系的常数因子；yk表示当前时刻，sk-D中的下标D表示均衡模块输出信号相对于发送端信号的时延，Sk-D表示发送端导频信号中的期望信号，判断所述期望信号Sk-D是否能获取；当所述导频信号中的期望信号能获取时，所述均衡模块进入训练模式；否则，用?替代sk-D，所述毛』为均衡模块输出的判决结果，是指对发送端导频信号中期望信号Sk-D的估计，所述均衡模块进入面向判决模式。
2.根据权利要求1所述的双模自适应判决反馈均衡模块，其特征在于，所述均衡模块包含滤波器和系数更新单元，所述滤波器包括前向滤波器和后向滤波器，所述前向滤波器用于对当前时刻接收信号序列rk进行滤波，所述后向滤波器用于对判决反馈信号序列I—β进行滤波，将对当前时刻接收信号序列rk进行滤波后的结果和对判决反馈信号序列\ ^进行滤波的结果进行合并，得到输出信号yk:
3.根据权利要求1所述的双模自适应判决反馈均衡模块，其特征在于，所述判决单元依据均衡后的输出信号yk直接进行判决，判决结果将作为均衡模块中后向滤波的输入信号，实现如下:
4.根据权利要求1所述的双模自适应判决反馈均衡模块，其特征在于，所述均衡模块的输出为:把未更新前前向滤波系数对接收信号序列rk进行滤波的滤波结果和未更新前后向滤波系数IV1对判决反馈信号序列Si进行滤波的滤波结果的和，所述均衡模块用于根据发送端导频信号中期望信号能否获取，来切换训练模式和面向判决模式。
5.实现权利要求1至4任一项所述的双模自适应判决反馈均衡模块的实现方法，其特征在于，包括如下步骤: O设置前向滤波系数和后向滤波系数的初始值f。和k，所述&和Idci均为任意非零向量值；设置控制参数D、β、μ f、μ b、Nf和Nb的值； 2)把未更新前前向滤波系数fk-1对接收信号序列rk进行滤波的滤波结果和未更新前后向滤波系数IV1对判决反馈信号序列Si进行滤波的滤波结果求和，求和的结果作为均衡模块输出yk ; 3)根据导频信号中的期望信号Sk-D或导频信号中的期望信号的估计Λ、滤波输出信号yk以及设定的β值，计算误码检测指示结果 4)根据前向滤波步长μf、后向滤波步长P b、误码检测指示结果ξ,、接收信号序列rk以及判决反馈信号序列i，将前向滤波系数和后向滤波系数Iv1更新为fk和bk ； 5)重复步骤2)至4)，直至均衡模块系数收敛为止。
6.根据权利要求5所述的双模自适应 判决反馈均衡模块的实现方法，其特征在于，所述步骤5)中的均衡模块 系数收敛指I Ifk-fk-1l 1 + 1 Ibk-1v1I I ( ε。
【文档编号】H04B13/02GK103825852SQ201410041987
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】陈芳炯, 郑倍雄, 潘伟锵, 季飞, 余华 申请人:华南理工大学