[發明專利]一種基于動態壓縮感知的信道估計方法

有效

• 申請號: 201410496061.1
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104283825B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 崔琪楣;陶小峰;陳保豪;楊帆
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種基于動態壓縮感知的信道估計方法。

背景技術

在無線通信系統中，無線傳播環境非常惡劣且存在極大的隨機性。發射信號在傳播過程中會經過多次的反射、折射、散射、衍射，這種多樣的傳播方式將會產生陰影、多徑和多普勒效應，從而導致不同的衰落和擴展。為了能夠在接收端準確恢復發送信號，可以采用均衡、相干檢測、分集等技術抵抗無線信道對發送信號的衰落影響，而上述技術的實現均需要知道無線信道的信道狀態信息。

已有的估計信道狀態信息的方法可以分為兩類：基于參考信號的信道估計和盲信道估計。基于參考信號的信道估計方法是指發送端發送對于接收端是已知的參考信號，接收端根據該參考信號和相應的接收信號來估計信道，其特點是復雜度低、實現簡單，因而常用于實際的無線系統中。常見的基于參考信號的信道估計方法有最小二乘法(Least-Square，LS)、最小均方誤差法(Minimum Mean-Square Error，MMSE)、變換域信道估計法等。然而，以上信道估計方法均假設信道是密集多徑的，需要通過大量的參考信息來進行信道估計，從而導致頻譜資源利用率低。

許多研究已經表明無線信道往往呈現稀疏性，即信道中大部分傳播路徑的能量集中在很小的區域且具有可分辨性，尤其是在傳輸帶寬較大時，這種稀疏性會更加明顯。頻譜是很稀缺的不可再生的資源，因此，在信道估計計算復雜度可允許的條件下，若能用較少的參考信號獲得較高的信道估計準確度，就能極大地提高頻譜利用率。壓縮感知(Compressed Sensing，CS)理論的提出，在理論上為上述問題提供了解決的可能性。根據壓縮感知理論，如果一個信號可以在一個特定的空間稀疏表示，那么就可以用遠低于奈奎斯特采樣率的頻率對其進行采樣，用最優化方法就可以以很高的概率對信號進行重構。

目前，已有將壓縮感知理論應用于信道估計中。但是，現有的基于壓縮感知的信道估計方法主要關注于特定時刻的信道估計，并沒有考慮信道狀態在不同時刻的關聯性，即信道的時域相關性。這就使得在每一個時刻的信道估計中，傳統的壓縮感知信道估計方法都要使用復雜的信號恢復算法獨立地去重構信道的狀態信息，從而導致信道估計的效率比較低。同時由于沒有考慮信道的時域相關性，傳統方法的估計準確性也不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有的基于壓縮感知的信道估計方法主要關注于特定時刻的信道估計，沒有考慮信道狀態在不同時刻的關聯性，使得在每一個時刻的信道估計中，都要使用復雜的信號恢復算法獨立地去重構信道的狀態信息，從而導致信道估計的效率比較低。同時由于沒有考慮信道的時域相關性，傳統方法的估計準確性也不高。

為此目的，本發明提供一種基于動態壓縮感知的信道估計方法，其特征在于，該方法包括：

對當前時刻的信道多徑時延進行初步估計，獲得信道多徑時延的初步估計值；

根據所述信道多徑時延的初步估計值，使用降階的卡爾曼濾波器對信道沖擊響應進行恢復，獲得信號估計的殘差；

根據所述信號估計的殘差，確定信道多徑時延的精確估計值；

在所述信道多徑時延的精確估計值上對信道沖擊響應進行恢復，獲得當前時刻的信道沖擊響應的估計結果。

可選的，所述對當前時刻的信道多徑時延進行初步估計包括：

對于初始時刻的信號幀，利用壓縮感知恢復算法對接收信號進行重構，獲得初始時刻信道多徑時延的初步估計值；

對于非初始時刻的信號幀，采用上一時刻的信道多徑時延的精確估計值作為當前時刻的信道多徑時延的初步估計值。

可選的，所述壓縮感知恢復算法包括凸優化算法和貪婪算法；

所述凸優化算法包括梯度投影算法、內點法；

所述貪婪算法包括正交匹配追蹤算法、壓縮采樣匹配追蹤算法、稀疏度自適應匹配追蹤算法、子空間追蹤算法。

可選的，所述使用降階的卡爾曼濾波器對信道沖擊響應進行恢復采用如下公式：

P_n|n-1＝aP_n-1a^T+Q；