一种能有效消除水声信道相位连续旋转的分数间隔盲均衡算法研究

针对信道均衡过程中的均衡器输出相位连续旋转问题,提出一种带有二阶数字锁相环的分数间隔超指数迭代盲均衡算法。该算法利用分数间隔超指数迭代算法加强对信道多途的抑制,利用二阶数字锁相环消除均衡器输出信号连续相位旋转,从而实现对原始发射信号的正确恢复。水池实验结果表明:该算法相对于常规盲均衡算法,收敛速度快,剩余均方误差小,能够有效地消除均衡器输出信号相位连续旋转,从而降低水声通信系统的误码率。      

一种递归神经网络空间分集均衡器

水声信道中的衰变多途特性常引起难以克服的码间干扰(ISI)。为了降低误码率、改善系统性能,本文提出了一种递归神经网络空间分集均衡器。它在传统的空间分集结构中融入了多层感知器,该结构能够充分利用训练信号的信息,在可调权数较少的情况下,能够得到较好的均衡效果;针对该结构,采取了初始设定权值的办法,从而使该均衡器的收敛速度得到大大提高。仿真与湖试试验结果表明,该均衡器结构合理,对空间分集均衡性能有一定的改善。     

遗传优化神经网络的水声信道盲均衡

不需要训练序列的盲均衡技术可以有效地节省水声通信带宽，消除码间干扰，提高水声通信效率和质量。以前馈神经网络（FNN）作为盲均衡器，既适用于最小相位信道，也适用于非最小相位信道，包括非线性信道，但是前馈神经网络在实际的应用中其网络拓扑结构的选取和初始权重的确定缺乏理论依据，且其训练主要依靠BP算法，存在收敛速度慢、容易陷入局部极值及“过学习”的问题。为此，本文提出了一种遗传优化神经网络的水声信道盲均衡算法（GA—BP），对前馈神经网络拓扑结构和网络权重同时优化，有效地克服了传统前馈神经网络盲均衡的缺陷，提高了前馈神经网络盲均衡的泛化性能并加强了跟踪时变信道的能力和对信道突变的适应能力。水池试验结果证明了文中提出的遗传优化神经网络水声信道盲均衡算法的有效性，与直接前馈神经网络盲均衡相比较，均衡性能明显得到了提高。     

正交频分复用无源时间反转信道均衡方法研究

针对水声信道多途信号引起的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信系统符号间干扰的问题,提出了无源时间反转均衡的方法,将发送的探测信号时间反转与OFDM信号做卷积,利用无源时间反转镜的时间聚焦原理减小信道多途带来的符号间干扰,在OFDM符号中不使用导频的情况下实现信道均衡,简化了均衡步骤并提高了OFDM符号频带利用率。分析比较了无源时反均衡方法与最小平方信道均衡在水声多途信道下的误码性能。仿真研究和湖上实验表明,无源时反信道均衡算法可以有效的减小多途信道对OFDM水声通信系统带来的影响。      

正交频分复用无源时间反转信道均衡方法研究

针对水声信道多途信号引起的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信系统符号间干扰的问题,提出了无源时间反转均衡的方法,将发送的探测信号时间反转与OFDM信号做卷积,利用无源时间反转镜的时间聚焦原理减小信道多途带来的符号间干扰,在OFDM符号中不使用导频的情况下实现信道均衡,简化了均衡步骤并提高了OFDM符号频带利用率。分析比较了无源时反均衡方法与最小平方信道均衡在水声多途信道下的误码性能。仿真研究和湖上实验表明,无源时反信道均衡算法可以有效的减小多途信道对OFDM水声通信系统带来的影响。     

水声通信系统中双向turbo均衡算法

提出了一种水声通信系统中直接自适应双向turbo均衡算法。摒弃了信道估计步骤,采用基于直接自适应的turbo均衡器,并利用内嵌数字锁相环的判决反馈均衡器结构跟踪时变信道,采用最速优化算法自适应调整迭代步长,使得收敛速度和算法性能得到很好折中。此外,利用最小均方误差准则,得到最优权重因子,对正向与反向turbo均衡结果加权求和,消除误差传播效应。仿真和湖上实验验证了方法的正确性,双向均衡的性能优于单向均衡。湖上实验结果表明,基于直接自适应算法相比于基于信道估计的算法,对时变信道不敏感,能获得更低的误比特率。      

水声多途信道的维纳误差限信道质量量化分析方法

提出了一种定量分析不同多途结构的时不变水声信道对单载波水声通信系统性能影响程度的方法。该方法利用水声信道下信号线性均衡的残留均方误差与通信系统误比特率性能相关性强的特点,计算信号线性均衡的残留均方误差极限,并将其表示为只与信道冲激响应有关的变量,称之为维纳误差限(WEB),将此作为多途信道质量量化指标来评估多途信道对通信性能的影响。为验证方法性能,对比分析了大量海试实测水声信道下,线性均衡、判决反馈均衡以及Turbo均衡等单载波通信中3种常用信道均衡方法的误比特率与多种水声信道质量量化指标的相关性,利用Spearman相关系数对相关性进行量化分析,实验结果表明,相比于时延扩展、相干带宽、频谱衰落深度和信号多径比等传统信道多途特性量化指标,维纳误差限与均衡后误比特率的Spearman相关系数更高,平均相关系数可达0.71。利用维纳误差限可有效量化和分类不同质量的多途信道,定量体现不同水声信道多途结构对于通信性能的影响程度。     

基于判决导引的水声信道混合盲均衡算法研究

提出了一种适用于正交幅度调制(QAM)信号的混合盲均衡算法,该算法在初始模式中分别对QAM信号的同相分量和正交分量进行均衡,利用方形环判决域对均衡器输出信号进行判决,当误码率降到足够低的水平时自动切换到判决导引最小均方误差算法。最后利用水声信道仿真模型,对该算法的性能进行了验证。结果表明:该算法性能稳健,收敛后均方误差小,有效降低了高速水声通信的误码率,提高了水声信道均衡的稳定性,且有良好的冷启动和重新启动能力。     

使用稀疏贝叶斯学习的水声多途信道盲估计

提出了一种使用稀疏贝叶斯学习(SBL)的多途信号盲解卷积方法对水声多途信道的信道脉冲响应(CIR)进行盲估计。该方法利用垂直阵和多频SBL获得宽带舰船声源在不同垂直到达角上的复数域多频点信号,取其相位对垂直阵接收信号匹配滤波,得到每条路径上的CIR,将多路径CIR相干叠加得到最终的多途CIR结果。仿真与海试数据处理结果表明,相比于原有的基于交替投影的多途信号盲解卷积方法,所提出方法有以下几个好处:(1)无需准确预估多途信号数目;(2)分离的多途信号的方位更准确且信号相位更可靠;(3)有效获取了舰船与阵列之间的CIR.并且将弱路径CIR的平均时间估计误差从4.7 ms缩小到1.0 ms.显著提高了弱路径CIR的时间估计精度。使用稀疏贝叶斯学习的多途信号盲解卷积方法能够有效提高多途环境下水声信道盲估计的性能。      

基于量子粒子群优化的正交小波加权多模盲均衡算法

针对常数模盲均衡算法(CMA)均衡高阶正交振幅调制信号(QAM)存在收敛速度慢、稳态误差大的缺点, 提出了基于量子粒子群优化的正交小波加权多模盲均衡算法(QPSO-WTWMMA). 该算法根据高阶QAM信号星座图分布特点, 将量子粒子群优化算法(QPSO) 和正交小波变换融入于加权多模盲均衡算法(WMMA)中. 因而, 利用QPSO对均衡器权向量进行了优化, 利用正交小波变换降低了输入信号的自相关性, 利用WMMA选择了合适的误差模型匹配QAM星座图. 理论分析及水声信道仿真结果表明, QPSO-WTWMMA算法可以获得更快的收敛速度和更低的稳态误差, 在水声通信中具有重要的参考价值.     

水声通信加权反馈双向Turb均衡器

为了提升自适应双向Turbo均衡器的收敛速度及降低误比特率,提出了采用加权反馈的双向Turbo均衡算法。首先在单个均衡器反馈输入中采用后验均值与先验均值混合的反馈方案,有效提升一轮迭代中均衡器输出的准确性;其次通过后验均值与先验均值的加权合并作为另一均衡器反馈的非因果项输入,在提升反馈输入准确性的同时提升了数据的利用率;最后在权值迭代中采用优化的比例归一化最小均方算法,提升训练阶段均衡器收敛速度。千岛湖试验中,在同样3.75 kbps通信速率的情况下,该方法误比特率仅为传统双向Turbo均衡器的1/3。仿真和试验数据表明,均衡器要达到同样的误比特率,本方法所需迭代轮数更少,在时变信道中系统稳定性更好,误比特率更低,提升了水声通信效率。      

改进支持向量机和常数模算法水声信道盲均衡

针对盲均衡算法收敛速度较慢的问题,提出一种结合改进支持向量机和常数模算法的水声信道盲均衡算法。该算法首先利用具有优异小样本学习能力的支持向量机进行盲均衡器权系数初始化,在完成初始化后切换至运算量较小的常数模算法。考虑到支持向量机本身非自适应运算的限制,在时变水声信道条件下利用经典支持向量机获得的均衡器初始权向量与切换后的信道仍然存在失配。因此,本文导出时变条件下的改进支持向量机用于盲均衡器初始化,改善算法切换时的权系数失配,并结合分数间隔结构和内嵌数字锁相环进一步提高盲均衡算法性能。仿真和湖试实验结果表明:在时变水声信道条件下,本文算法的收敛性能优于经典支持向量机盲均衡算法。      

Delay-Doppler domain decision feedback turbo equalization for OTFS modulation

Emerging evidence indicates that orthogonal time–frequency space (OTFS) modulation is a potential candidate modulation scheme for high mobility wireless communications. However, OTFS may experience significant inter-symbol interference (ISI) and inter-Doppler interference (IDI) in the receiver. In this paper, we propose a soft decision feedback turbo equalization for OTFS transmission over delay-Doppler channels to jointly combat both interferences. A novel block decision feedback equalization (BDFE) algorithm is constructed using the band feature of the channels in the delay-Doppler domain. The feedforward and feedback filters are designed by the delay-time channels coefficients. According to the designed filter, an equivalent system model is employed to allow turbo equalization. The posterior probability is established using the soft prior information and feedback filter, and then fed back to the channel decoder as external information. Both theoretical analysis and simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed scheme in improving the bit error rate (BER) performance and combat various interference. Numerical simulations are finally provided to justify the validity of the proposed scheme in improving the bit error rate (BER) performance and combating various interference.     

基于Dual-Mode MCMA+DD双模式盲均衡算法研究

为了兼顾误差性能和收敛速度,研究了将双模修正常量模算法和判决引导算法有机结合的双模式盲均衡算法.该算法在收敛初期采用双模修正常量模算法调整均衡器,然后根据判决条件自动切换到判决引导算法,最终实现信道的盲均衡.仿真结果表明:此算法收敛速度快、稳态误差小,并能在去除码间干扰的同时纠正信道固有的相位旋转,具有很好的实用性.     

Spatial diversity and combination technology using amplitude and phase weighting method for phase-coherent underwater acoustic communications

The UWA channel is characterized as a time-dispersive rapidly fading channel,which in addition exhibits Doppler instabilities and limited bandwidth. To eliminate intersymbol interference caused by multipath propagation, spatial diversity equalization is the main technical means. The paper combines the passive phase conjugation and spatial processing to maximize the output array gain. It uses signal-to-noise-plus-interference to evaluate the quality of signals received at different channels. The amplitude of signal is weighted using Sigmoid function. Second order PLL can trace the phase variation caused by channel, so the signal can be accumulated in the same phase. The signals received at different channels need to be normalized. It adopts fractional-decision feedback diversity equalizer(FDFDE) and achieves diversity equalization by using different channel weighted coefficients. The simulation and lake trial data processing results show that, the optimized diversity receiving equalization algorithm can improve communication system's ability in tracking the change of underwater acoustic channel,offset the impact of multipath and noise and improve the performance of communication system.The performance of the communication receiving system is better than that of the equal gain combination. At the same time, the bit error rate(BER) reduces 1.8%.     

基于Dual-Mode MCMA+DD双模式盲均衡算法研究*

为了兼顾误差性能和收敛速度,研究了将双模修正常量模算法和判决引导算法有机结合的双模式盲均衡算法.该算法在收敛初期采用双模修正常量模算法调整均衡器,然后根据判决条件自动切换到判决引导算法,最终实现信道的盲均衡.仿真结果表明：此算法收敛速度快、稳态误差小,并能在去除码间干扰的同时纠正信道固有的相位旋转,具有很好的实用性.     

相干水声通信幅相加权空间分集均衡算法

水声信道的典型特点为多普勒频移严重、可利用带宽窄以及强多径干扰。空间分集均衡技术是相干水声通信中克服信道多径干扰,消除码间干扰的一种有效手段。为了极大化地输出阵增益,结合无源相位共轭方法和多通道均衡算法,本文设计了组合信噪干比的全新信道评价方法。利用改进的Sigmoid函数对各通道接收信号的幅度进行加权处理;采用二阶锁相环跟踪各通道信号的相位变化,实现各通道信号同相累加。将各通道低通滤波后的信号能量归一化,采用了分数阶-判决反馈分集均衡器,加入各通道权重系数实现了水声通信系统的分集均衡接收。仿真结果和湖试数据处理结果均表明,优化的幅相加权分集均衡接收算法能抵消多径和噪声的干扰,性能优于等增益合并接收算法。湖试数据处理结果误码率降低了1.8%。      

语音通信降噪研究

语音通信系统中，语音通过信道传输将不可避免地引入码间串扰和信号畸变，同时受到噪声污染。本文在分析自适应盲均衡算法CMA(constant modulus algorithm）和改进盲均衡算法的基础上，考虑到自适应盲均衡技术在语音噪声控制方面能力有限，将自适应盲均衡技术与小波包掩蔽阈值降噪算法联合使用，形成一种基带语音增强新方法。仿真试验结果显示自适应盲均衡技术可以使星座图变得清晰而紧凑，有效减小误码率。研究证实该方法在语音信号ISI和畸变严重情况下，在白噪及有色噪声不同的噪声环境中都具有稳定的降噪能力，消噪同时可获得汉语普通话良好的听觉效果。