本發(fā)明涉及水聲通信領(lǐng)域，具體為一種基于自適應(yīng)判決反饋的afdm水聲通信信道均衡方法。

背景技術(shù)：

1、水下通信技術(shù)是確保水下各類任務(wù)順利執(zhí)行的關(guān)鍵因素，而水聲通信技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前海洋環(huán)境中進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的唯一可靠手段。

2、由于水聲信道具有高度的復(fù)雜性，包括傳播損耗、多徑效應(yīng)、多普勒頻移以及環(huán)境噪聲等，這些特性為水聲通信技術(shù)的發(fā)展帶來了一系列挑戰(zhàn)和困難。近年來，正交頻分復(fù)用(orthogonal?frequency?division?multiplexing,ofdm)得到廣泛應(yīng)用，解決了通信過程中的一些問題，例如減輕或消除由于多徑效應(yīng)產(chǎn)生的碼間干擾。ofdm在時不變的頻率選擇信道中可以具有較好的性能，但是，在時變信道中，ofdm的性能急劇下降。由于ofdm系統(tǒng)要求子載波之間必須滿足正交性，而頻率偏移會破壞載波之間的正交性，產(chǎn)生載波間干擾，這就導(dǎo)致ofdm對頻率偏移的敏感性大。然而水聲通信系統(tǒng)中多普勒頻移是無法避免的，使得水聲通信中ofdm的發(fā)展受到嚴(yán)重制約。otfs技術(shù)的提出和應(yīng)用在一定程度上有效地解決這一問題，但該技術(shù)具有較高的復(fù)雜度。因此，最近提出了的一種新型的多載波調(diào)制技術(shù)，稱為仿射頻分復(fù)用，可以有效解決ofdm在時變信道中性能急劇下降的問題，且相比于otfs具有較低的復(fù)雜度。本發(fā)明提出一種基于afdm水聲通信的自適應(yīng)判決反饋信道均衡方法，可以減少或消除碼間干擾，減小誤碼率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性。相比于線性均衡技術(shù)，自適應(yīng)判決反饋均衡可以利用前饋濾波器處理當(dāng)前符號的干擾，還通過反饋濾波器消除已判決符號造成的后向干擾，具有更強的抗碼間干擾能力，并且自適應(yīng)判決反饋均衡器能夠根據(jù)實時接收的數(shù)據(jù)不斷調(diào)整濾波器系數(shù)，更好地適應(yīng)信道的動態(tài)變化。與最大似然序列估計均衡技術(shù)相比，自適應(yīng)判決反饋均衡技術(shù)具有較低的計算復(fù)雜度，且在收斂速度方面具有優(yōu)勢，能夠更快地適應(yīng)信道的變化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是設(shè)計一種基于自適應(yīng)判決反饋的afdm水聲通信領(lǐng)域信道均衡方法，提升水聲通信的傳輸性能，該方法能夠在較低的復(fù)雜度與較好的性能之間取得很好的平衡。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種基于自適應(yīng)判決反饋的afdm水聲通信信道均衡方法，包括以下步驟：

4、步驟1：在發(fā)射端對發(fā)送信號進(jìn)行afdm調(diào)制：

5、對于離散仿射傅立葉域中的需要傳輸?shù)男畔⒎栂蛄縳[m]，對其進(jìn)行逆離散仿射傅里葉變換得到時域發(fā)送信號s[n]：

6、

7、其中n表示符號數(shù)量，c1和c2表示調(diào)制參數(shù)；將時域發(fā)送信號改寫為矩陣形式為：

8、

9、其中f為傅里葉變換矩陣；

10、步驟2：在接收端對接收信號進(jìn)行afdm解調(diào)：

11、對于接收端在某一信道的時域接收信號r[n]進(jìn)行daft變換，得到daft域輸出符號y[m]：

12、

13、改寫為矩陣形式為：

14、

15、其中w為高斯噪聲；p≥1為單個信道中的路徑數(shù)，hi、fi和li分別為與第i條路徑相關(guān)的復(fù)增益、多普勒頻移和時延，π為正向循環(huán)移位矩陣：

16、

17、是n×n對角矩陣：

18、

19、步驟3：通過自適應(yīng)判決反饋均衡器對解調(diào)后的接收信號進(jìn)行均衡，所述自適應(yīng)判決反饋均衡器包含前饋濾波器，判決器和反饋濾波器；

20、對于某一信道的解調(diào)信號y，根據(jù)公式

21、

22、得到均衡后的估計值其中w是前饋濾波器的權(quán)值，f是反饋濾波器的權(quán)值，d為估計值輸入判決器后的輸出，(·)h表示hermitian變換。

23、進(jìn)一步的，步驟3中，前饋濾波器的權(quán)值w以及反饋濾波器的權(quán)值f通過以下公式進(jìn)行更新：

24、

25、其中和表示更新后的濾波器權(quán)值，(·)*表示共軛轉(zhuǎn)置，μw和μf分別表示前饋濾波器和反饋濾波器的步長大小，

26、進(jìn)一步的，步驟3中，前饋濾波器的權(quán)值w通過最小均方誤差方法nlms進(jìn)行更新：

27、

28、其中δ為固定的步長微量。

29、進(jìn)一步的，步驟3中，前饋濾波器的權(quán)值w通過改進(jìn)的比例歸一化最小均方誤差ipnlms進(jìn)行更新：

30、

31、其中k[n]為對角陣：

32、k[n]＝diag{k0[n],k1[n],…,km-1[n]}

33、其中的元素計算公式為：

34、

35、式中η為接近0的正常數(shù)，參數(shù)λ為[-1,1]之間的設(shè)定值；

36、

37、進(jìn)一步的，對發(fā)送信號進(jìn)行afdm調(diào)制后，在時域發(fā)送信號s[n]添加循環(huán)前綴，循環(huán)前綴長度大于等于信道的最大時延；再通過時變衰落水聲信道，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換并通過水聲信道傳輸后去掉循環(huán)前綴，得到時域接收信號r[n]。

38、有益效果

39、(1)對于長時延、大多普勒、時變性顯著的水聲信道，自適應(yīng)判決反饋均衡器通過更新均衡器權(quán)重系數(shù)，能夠及時追蹤信道變化，提升符號檢測性能，提升通信系統(tǒng)性能，可以減輕誤差傳播，可以實現(xiàn)更可靠的水下信息傳輸。

40、(2)另外，由于自適應(yīng)判決反饋均衡器屬于符號級均衡方法，其復(fù)雜度與調(diào)制符號數(shù)n和濾波器大小線性相關(guān)。因此，其計算復(fù)雜度會低于其他均衡算法，而低計算復(fù)雜度也更契合計算資源有限的水下通信需求。

41、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于自適應(yīng)判決反饋的afdm水聲通信信道均衡方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述一種基于自適應(yīng)判決反饋的afdm水聲通信信道均衡方法，其特征在于，所述步驟3中，前饋濾波器的權(quán)值w以及反饋濾波器的權(quán)值f通過以下公式進(jìn)行更新：

3.如權(quán)利要求2所述一種基于自適應(yīng)判決反饋的afdm水聲通信信道均衡方法，其特征在于，所述步驟3中，前饋濾波器的權(quán)值w通過最小均方誤差方法nlms進(jìn)行更新：

4.如權(quán)利要求2所述一種基于自適應(yīng)判決反饋的afdm水聲通信信道均衡方法，其特征在于，所述步驟3中，前饋濾波器的權(quán)值w通過改進(jìn)的比例歸一化最小均方誤差ipnlms進(jìn)行更新：

5.如權(quán)利要求1所述一種基于自適應(yīng)判決反饋的afdm水聲通信信道均衡方法，其特征在于，對發(fā)送信號進(jìn)行afdm調(diào)制后，在時域發(fā)送信號s[n]添加循環(huán)前綴，循環(huán)前綴長度大于等于信道的最大時延；再通過時變衰落水聲信道，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換并通過水聲信道傳輸后去掉循環(huán)前綴，得到時域接收信號r[n]。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水聲通信領(lǐng)域，具體為一種基于自適應(yīng)判決反饋的AFDM水聲通信信道均衡方法，對于長時延、大多普勒、時變性顯著的水聲信道，自適應(yīng)判決反饋均衡器通過更新均衡器權(quán)重系數(shù)，能夠及時追蹤信道變化，提升符號檢測性能，提升通信系統(tǒng)性能，可以減輕誤差傳播，可以實現(xiàn)更可靠的水下信息傳輸。由于自適應(yīng)判決反饋均衡器屬于符號級均衡方法，其復(fù)雜度與調(diào)制符號數(shù)N和濾波器大小線性相關(guān)。因此，其計算復(fù)雜度會低于其他均衡算法，而低計算復(fù)雜度也更契合計算資源有限的水下通信需求。本發(fā)明提升了水聲通信的傳輸性能，能夠在較低的復(fù)雜度與較好的性能之間取得很好的平衡。

技術(shù)研發(fā)人員：景連友,田婧雯,史文濤,何成兵,楊坤德,段睿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10