水声信道传播时延排序分层空时信号检测

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.16(2015)164302基于水声信道传播时延排序的分层空时信号检测张歆y邢晓飞张小蓟周燕群赵顺德李俊威(西北工业大学航海学院,西安710072)(2014年12月6日收到;2015年3月12日收到修改稿)基于分层空时编码的多输入多输出技术是一种极具潜力的高速水声通信技术,但要实现这种潜力需要复杂的空时信号处理方法,以抵消来自水声信道的多径干扰和异步到达干扰,以及叠加在接收端的各层信号之间的干扰.对低复杂度的空时信号处理方案进行了研究,提出了一种基于子信道传播时

2、延排序的有序连续干扰抵消信号检测算法,利用子信道间的传播时延差,实现可使差错概率最小的最佳检测排序;给出了利用信道估计,以极低的计算量确定排序的方法,从而可以大幅降低信号检测的计算复杂度.采用低复杂度的单载波频域均衡来抵消水声信道中的码间干扰和异步到达干扰.仿真结果表明,基于时延排序的信号处理算法可以获得检测性能的改善,而且性能增益在高数据率时更加显著.研究结果表明,采用有效的信号处理方法可使水声信道中造成信号检测干扰的传播时延成为改善系统性能的有利因素.关键词:有序连续干扰抵消,多输入多输出,单载波频域均衡,水声通信

3、PACS:43.30.+m,43.60.+dDOI:10.7498/aps.64.164302的干扰,是一种性能和复杂度折中的检测方案.但1引言SIC检测存在差错传播的问题,若在当前的信号检测中出现了判决错误,则在干扰抵消过程中不可避基于分层空时编码的多输入多输出(MIMO)免地要传到下一层信号的检测中.因此,检测顺序通信具有显著增加信道容量的潜力,其高谱效率对SIC算法的性能有着重要影响.寻找最佳排序准对高速通信来说是一个非常有吸引力的解决方则及相应的排序方案,以及排序方案的性能分析吸案[13].但要实现这种潜力需

4、要解决一些关键的信引了大量的研究[612].号处理问题.分层空时编码信号的检测不仅会受到Foschini等[6]研究了使分组差错概率最小的由于信号同时到达造成的各层信号间的干扰,还会排序方案,其研究表明,使检测信噪比最大的排序受到由于多径传播造成的码间干扰的影响.因此,等效于使差错概率最小的排序,因此提出最强信号能否采用低复杂度的信号处理方案有效地消除这最先检测的排序方案,即在每层信号检测前,计算些干扰的影响,直接决定了MIMO系统的性能和信道矩阵的Frobenius范数,选择有最小范数的层应用.进行检测.对于有M个

5、发射天线的系统,这种排设计低复杂度的信号检测方案一直是分层空序方法需要有M2/2个排序过程.文献[7]中提出时信号处理研究的重点.采用最大似然接收可以为使差错传播最小化,以判决可靠度作为排序的准实现最佳的分集和差错性能,但其复杂度随发射天则,即计算所有要检测符号的似然值,选取使似然线的数量指数增加,这促使各种次最佳但复杂度降值之和最小的子序列进行检测.文献[8]从信道容低的检测方案的研究.其中,连续干扰抵消(SIC)量的分析入手,提出可减少复杂度的greedy排序,是最常用的方案之一[2;4;5].SIC算法将已检测的

6、信即强序列后检测的排序方案.虽然是一种次最佳的号从接收信号集中减去,以减少对下一层信号检测排序方案,但若与发射端的功率/速率最佳分配相国家自然科学基金(批准号:61371088)资助的课题.†通信作者.E-mail:zhangxin@nwpu.edu.cn©2015中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn164302-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.16(2015)164302结合,可以获得分集增益[810].一般来说,通过彻底

7、搜索得到的最佳排序需要处理M的阶乘个排序2系统模型过程[6;9],组合复杂度很高.2.1基于传播时延的排序水声信道传播环境恶劣[13],其时变、多径的传播特性造成通信信号出现严重的失真.对于MIMO考虑一个有M个发射换能器,N个接收水听信号检测来说,除信号间干扰和多径干扰之外,由器的水声MIMO系统.设信道中的最大等效多径时延为L,用(i,j)子信道表示第j个发射到第i个于传播速度慢,不同的发射和接收条件下,各子信接收间的信道,i=1,


,N,j=1,


,M,k时刻道之间有明显的传播时延,造成同时发射的信号异[

8、3]的第i个水听器接收的基带信号表示为步到达,同样引起类似多径时延的干扰.因此,∑ML∑1低复杂度的水声MIMO空时信号处理会遇到更大yi;k=hij(k;l)sj;k+vi;k;(1)的挑战.j=1l=0但从另一方面看,最先到达的信号受到的信号式中,hij=[hij(0),


,hij(L1)]是(i,j)子信间干扰最小,