一种有色噪声的干扰消除方法、装置、电子设备及存储介质

摘要

本说明书一个或多个实施例提供一种有色噪声的干扰消除方法、装置、电子设备及存储介质；所述方法包括：利用有色噪声协方差矩阵，初始化干扰消除相关参数；使用GAMP算法对接收信号进行干扰消除，得到编码比特的外部对数似然比；对编码比特的外部对数似然比使用BCJR译码，得到编码比特的先验对数似然比；计算星座符号的先验概率；将星座符号的先验概率回代入GAMP干扰消除，进行迭代循环，并在达到设定的最大迭代次数后，输出判决信息比特，完成干扰消除。本方法提高了线性调制的误比特性能，增强了通信系统的有效性和可靠性，大幅降低了干扰消除的复杂度。

说明书

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种有色噪声的干扰消除方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

宽带线性调制系统主要面临三类干扰，(1)成形脉冲引起的码间干扰；(2)信道多径引起的码间干扰；(3)有色噪声，例如，水声通信场景中的船舶噪声。对于线性调制系统，前两者已得到了较好的解决方案，而有色噪声则通常被近似为高斯白噪声处理。

在现有技术中，一方面，将有色噪声近似为高斯白噪声，通常会忽略有色噪声协方差矩阵对角线以外的元素，这会对接收机误比特性能产生严重影响；另一方面，干扰消除往往需要矩阵求逆运算，当发送符号数较大或过采样倍数较大时，复杂度极高，难以实现。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种有色噪声的干扰消除方法、装置、电子设备及存储介质，以解决接收机误比特率过高，干扰消除复杂度过高的问题。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种有色噪声的干扰消除方法，包括：

利用有色噪声协方差矩阵，初始化干扰消除相关参数；

根据所述干扰消除相关参数，使用GAMP算法对接收信号进行干扰消除，得到编码比特的外部对数似然比；

对编码比特的外部对数似然比使用BCJR译码，得到编码比特的先验对数似然比；

根据编码比特的先验对数似然比，计算星座符号的先验概率；

将星座符号的先验概率回代入所述使用GAMP算法对接收信号进行干扰消除的步骤，进行迭代循环，并在达到设定的最大迭代次数后，输出判决信息比特，完成干扰消除。

基于同一发明构思，本说明书一个或多个实施例还提供了一种有色噪声的干扰消除装置，包括：

参数初始化模块，被配置为利用有色噪声协方差矩阵，初始化干扰消除相关参数；

GAMP干扰消除模块，被配置为根据所述干扰消除相关参数，使用GAMP算法对接收信号进行干扰消除，得到编码比特的外部对数似然比；

BCJR译码模块，被配置为对所述编码比特的外部对数似然比使用BCJR译码，得到编码比特的先验对数似然比；

迭代循环模块，被配置为根据所述编码比特的先验对数似然比，计算星座符号的先验概率；将星座符号的先验概率回代入所述GAMP干扰消除模块，进行迭代循环，并在达到设定的最大迭代次数后，输出判决信息比特，完成干扰消除。

基于同一发明构思，本说明书一个或多个实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一项所述的方法。

基于同一发明构思，本说明书一个或多个实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任一所述方法。

从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的一种有色噪声的干扰消除方法、装置、电子设备及存储介质，在现有技术的基础上，充分考虑了有色噪声的协方差矩阵，提高了线性调制的误比特性能，增强了通信系统的有效性和可靠性；利用GAMP无需矩阵求逆的特性，大幅降低了干扰消除的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书一个或多个实施例的有色噪声的干扰消除方法流程图；

图2为本说明书一个或多个实施例的接收端结构示意图；

图3为本说明书一个或多个实施例的接收端GAMP干扰消除的因子图结构示意图；

图4为本说明书一个或多个实施例中有色噪声的干扰消除方法与现有技术关于误比特率性能的对比图；

图5为本说明书一个或多个实施例中有色噪声的协方差矩阵的三维图示；

图6为本说明书一个或多个实施例的有色噪声的干扰消除装置结构示意图；

图7为本说明书一个或多个实施例的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，在现有的有色噪声的干扰消除方法中，一方面，将有色噪声近似为高斯白噪声，通常会忽略有色噪声协方差矩阵对角线以外的元素，这会对接收机误比特性能产生严重影响；另一方面，干扰消除往往需要矩阵求逆运算，当发送符号数较大或过采样倍数较大时，复杂度极高，难以实现。

针对于上述现有技术存在的问题，本发明在现有技术的基础上，充分考虑了有色噪声的协方差矩阵，提高了线性调制的误比特性能，增强了通信系统的有效性和可靠性；又利用GAMP无需矩阵求逆的特性，大幅降低了干扰消除的复杂度。

以下，通过具体的实施例来详细说明本说明书一个或多个实施例的技术方案。

本说明书一个或多个实施例提供了一种有色噪声的干扰消除方法。参考图2，本发明提出的关于线性调制的基于广义近似消息传递(Generalized Approximate MessagePassing，GAMP)的迭代干扰消除方法，通过有色噪声的二阶统计特性，得到其协方差矩阵的Cholesky分解，将有色噪声转换为白噪声；进一步，根据接收信号与发送星座符号和白噪声的因子图结构，利用GAMP对接收信号进行干扰消除，消除码间干扰；并与卷积码BCJR译码器迭代，降低误比特率；最后输出判决信息比特，完成干扰消除。

本实施例中，参考图3，接收信号301与发送星座符号302以及白化变换后的白噪声303的关系能够由因子图表示。根据因子图结构，本发明利用GAMP对接收信号进行干扰消除，并以迭代的方式反复进行干扰消除操作。

本方法适用于线性调制系统，该系统中发送星座符号所构成的向量为β，大小为N×1，其中，N是对向量β预编码后得到向量的大小。接收端的基带接收信号为：

y≈HAPβ+n

其中，H是大小为O

参考图1，本发明所述的有色噪声的干扰消除方法，包括以下步骤：

步骤S1、利用有色噪声协方差矩阵，初始化干扰消除相关参数。

本实施例中，首先计算复合矩阵G＝HAP，对有色噪声的协方差矩阵Σ做Cholesky分解，得到下三角矩阵Δ，满足Σ＝ΔΔ

利用Cholesky分解，有色噪声n能够表示为n＝Δw，其中，向量w＝Δ

初始化迭代次数I＝0，设定最大迭代次数I

步骤S2、根据所述干扰消除相关参数，使用GAMP算法对接收信号进行干扰消除，得到编码比特的外部对数似然比；

本步骤中具体包括以下九个子步骤：

步骤S201、初始化一阶导数构成的向量

步骤S202、计算线性调制发送信号的先验均值向量

步骤S203、计算一阶和二阶导数构成的向量

步骤S204、计算星座符号向量β的外部均值

步骤S205、根据概率分布

步骤S206、计算白噪声向量w的外部均值

步骤S207、计算白噪声向量w的后验均值

步骤S208、令GAMP迭代次数t＝t+1，再次计算

步骤S209、当GAMP迭代次数达到设定的阈值t＝T

步骤S3、对编码比特的外部对数似然比使用BCJR译码，得到编码比特的先验对数似然比λ

步骤S4、根据编码比特的先验对数似然比，计算星座符号的先验概率。

本实施例中，根据编码比特的先验对数似然比λ

步骤S5、将星座符号的先验概率回代入所述使用GAMP算法对接收信号进行干扰消除的步骤，进行迭代循环，并在达到设定的最大迭代次数后，输出判决信息比特，完成干扰消除。

本实施例中，令迭代次数I＝I+1，再次计算λ

直到迭代次数达到阈值I＝I

作为一个可选的实施例，参考图4，是本发明一种有色噪声的干扰消除方法的实施例与现有技术关于误比特率性能的对比图。该实施例使用单载波调制方式，星座集合为QPSK，预编码矩阵P＝I

由图4能够看到，与现有技术相比，在误码率(BER)为10^-4时，本实施例具有1.5dB左右的信噪比(SNR)增益，其原因是本发明方法充分利用了有色噪声的协方差矩阵，通过GAMP干扰消除和信道软译码间的，提升接收机的误比特性能。

作为一个可选的实施例，参考图5，是本发明实施例中使用的有色噪声的协方差矩阵。

由上述实施例可见，本实施例的有色噪声的干扰消除方法，在现有技术的基础上，充分考虑了有色噪声的协方差矩阵，提高了线性调制的误比特性能，增强了通信系统的有效性和可靠性；利用GAMP无需矩阵求逆的特性，大幅降低了干扰消除的复杂度。

需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的有色噪声的干扰消除方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

基于同一发明构思，本说明书一个或多个实施例还提供了一种有色噪声的干扰消除装置。参考图6，所述的有色噪声的干扰消除装置，包括：

参数初始化模块601，被配置为利用有色噪声协方差矩阵，初始化干扰消除相关参数；

GAMP干扰消除模块602，被配置为根据所述干扰消除相关参数，使用GAMP算法对接收信号进行干扰消除，得到编码比特的外部对数似然比；

BCJR译码模块603，被配置为对所述编码比特的外部对数似然比使用BCJR译码，得到编码比特的先验对数似然比；

迭代循环模块604，被配置为根据所述编码比特的先验对数似然比，计算星座符号的先验概率；将星座符号的先验概率回代入所述GAMP干扰消除模块，进行迭代循环，并在达到设定的最大迭代次数后，输出判决信息比特，完成干扰消除。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的干扰消除装置用于实现前述实施例中相应的有色噪声的干扰消除方法，并且具有相应的有色噪声的干扰消除方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本说明书一个或多个实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上任意一实施例所述的有色噪声的干扰消除方法。

图7示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

基于同一发明构思，本说明书一个或多个实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上任意一实施例所述的有色噪声的干扰消除方法。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。