本發明涉及一種多入多出系統中基于直接自適應的雙向turbo均衡方法，該方法應用于雙向軟判決反饋均衡器中，雙向軟判決反饋均衡器包括一常規軟判決反饋均衡器、一帶時間反轉的軟判決反饋均衡器；帶時間反轉的軟判決反饋均衡器在常規軟判決反饋均衡器的輸入端和輸出端各連接一個能實現時間反轉操作的部件；該方法包括：在雙向軟判決反饋均衡器中，利用所接收的信號以及所接收信號的反饋信號做雙向turbo均衡，將前向turbo均衡的結果與后向turbo均衡的結果線性相加，實現信號的估計。本發明的方法穩定性強、檢測精度高、算法收斂快、復雜度低，在實際水聲通信系統中具有一定實用價值和應用前景。

技術領域

本發明涉及水聲通信領域，特別涉及一種多入多出系統中基于直接自適應的雙向turbo均衡方法。

背景技術

由于水聲信道帶寬受限，單入單出(SISO，simple input simple output)系統很難滿足實際通信需求，現在研究較多的為多入多出(MIMO，Multiple-Input Multiple-Output)系統。MIMO系統中，發射端采用多陣元發射，提高通信速率，而接收端采用多陣元接收，獲得分集增益。相對SISO系統而言，MIMO系統中除了存在碼間干擾和誤差傳播現象之外，還存在多通道發射間的共道干擾問題，這些問題都限制了MIMO系統的實際應用。

針對共道干擾，在參考文獻1《A.Song,M.Badiey,V.K.McDonald,and T.C.Yang,“Time reversal receivers for high data rate acoustic multiple-input-multiple-output communication,”IEEE J.Ocean.Eng.,vol.36,no.4,pp.525-538,Oct.2011》中，Song等人提出采用時間反轉技術，利用估計出來的信道沖激響應的時間反轉形式來設計濾波器，實現信號聚焦，并且加上并行干擾消除和串行干擾消除等技術，恢復出原信號。此外，在參考文獻2《M.T.Tuchler,R.Koetter,and A.C.Singer,“Turbo equalization:Principles and newresults,”IEEE Trans.Commun.,vol.50,no.5,pp.754-767,May2002》中，Tuchler等人提出了MIMO系統下基于最小均方誤差的判決反饋均衡器(MMSE-DFE)，利用估計出來的信道沖激響應實現信號解卷積。

針對DFE中的誤差傳播現象，在參考文獻3《W.Duan and Y.R.Zheng,“Bidirectional soft-decision feedback turbo equalization for MIMO systems,”IEEE Trans.Veh.Technology,pp.1-11,Aug.2015》中，Duan等人提出了雙向均衡的思想，利用誤差傳播的隨機性和前后向均衡結果相關性極低的特點，將雙向均衡的輸出結果線性相加，獲得了多樣性增益。此外，為了提升MIMO系統均衡性能，將雙向DFE和turbo均衡相結合，進一步降低了誤碼率。

針對復雜多變的水聲信道環境和高速水聲通信的需求，上述現有MIMO系統中均衡方案的缺點主要存在于以下幾個方面：

1、現存MIMO系統中的均衡器都需要信道估計，無論是基于時間反轉還是基于MMSE-DFE，信道估計算法都涉及大尺度矩陣的相乘和求逆操作，計算復雜度過高，不利于數據的實時處理。

2、現存的MIMO系統中的turbo均衡方法過分依賴于信道估計的準確度。對于時間反轉操作，如果信道估計不準確會使得信號聚焦失敗，無法獲得分集增益；對于基于MMSE-DFE的系統，如果信道估計不準確將會使得濾波器抽頭系數不準確，從而使得均衡器和譯碼器失效。而且，在時變的水聲信道環境中，訓練序列估計出來的信道沖激響應很難表征有效數據的信道沖激響應，這使得現有均衡方法穩定性不高。