[發明專利]一種基于壓縮感知的短波OFDM抑制干擾聯合信道估計方法

在審

• 申請號: 201410836488.1
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104410590A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 韋世紅;孟婷婷;唐宏;周小宇;李麗;薛真真
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L27/26
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及短波通信領域及移動通信技術領域，尤其涉及一種基于壓縮感知的短波OFDM抑制干擾聯合信道估計方法。

背景技術

短波通信主要依靠天波傳播，而天波傳播是依賴于電離層對電磁波的反射來實現的，所以短波信道的特征與電離層的變化特征密切相關。影響電離層的因素主要有太陽黑子數、季節、晝夜、發射機和接收機的地理位置等，由于電離層的不規則運動以及電離層濃度及厚度的不斷變化，電磁波在傳播過程中會產生多徑和多普勒等效應，從而導致短波信道成為頻率選擇性和時間選擇性信道。除此之外，短波通信還受到一種強單音信號的干擾。因而，在短波通信中接收信號通常會受到短波信道的影響而被錯誤判斷接收。因此，需要一種性能較好的信道估計技術對短波信道進行估計，然后進行信道均衡從而使接收端能夠正確接收發送端發送的信號。

研究發現，正交頻分復用技術(OFDM)應用于短波通信系統能夠有效緩解短波信道頻譜資源稀缺(短波頻譜只有3MHZ-30MHZ的頻譜范圍)及多徑衰落的問題,具有重要的實用價值。OFDM系統中使用較多的信道估計技術是基于導頻符號的信道估計方法。其估計過程如下：

首先在發送端發送P個已知的導頻符號X_p，經過OFDM系統后，接收端收到P個接收信號Y_p；然后利用傳統的最小二乘(LS)或者最小均方誤差(MMSE)技術進行導頻子載波處的信道頻域響應H_p；最后經過插值算法(如線性插值、線性濾波插值、基于DFT的插值等)求出其它數據子載波處的信道頻域響應，從而完成對整個信道的頻域響應的估計。然而，現有的信道估計技術往往只考慮加性高斯白噪聲(AWG)對系統的影響，LS估計方法甚至沒有考慮AWG的影響。而實際上短波信道頻帶內存在大量的強單音干擾，會直接破壞OFDM信號結構，如不采取必要的干擾抑制手段，就會影響信道估計的準確性，最終降低系統的傳輸性能。另外，短波信道實際是一種稀疏信道，而傳統的信道估計方法(LS、MMSE)只適用于稠密信道，使得其對短波信道估計性能不夠理想，而且需要插入較多的導頻信號，因此頻譜利用率較低。

壓縮感知(CS,Compressed?Sensing)理論是一種新興起的信號壓縮采樣技術，該理論的核心問題是使用基追蹤、貪婪算法解決稀疏信號的重構問題。壓縮感知理論指出只要信號是可壓縮的或在某個變換域下能夠被稀疏表示,那么就可以用一個與變換基不相關的觀測矩陣將變換所得高維信號投影到一個低維空間上并且可從這些少量的測量數據中以高概率重構出該信號。信道估計問題也是一種信號重建問題，因此可以將壓縮感知理論用于短波信道估計中，充分利用短波信道的稀疏性，并結合信號重建算法進行短波信道的重建。

發明內容

針對以上現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種提高頻譜利用率，有效降低系統誤碼率，提高系統性能的信道估計方法，本發明的技術方案如下：一種基于壓縮感知的短波OFDM抑制干擾聯合信道估計方法，其包括以下步驟：

101、在發送端，設短波正交頻分復用系統OFDM中有N個子載波，待發送的二進制數據序列依次經過通過QPSK/QAM調制、串/并變換、插入M個梳狀導頻、IFFT離散反傅里葉變換、添加循環前綴CP、并完成并/串變換步驟后發送給短波信道，其中所述短波信道有高斯白噪聲AWG和強單音干擾n(t)，經過短波信道后發送給接收端；

102、接收端接收到數據后，依次進行串/并變換、去掉循環前綴CP、FFT離散傅里葉變換、強單音干擾抑制及信道估計步驟、提取導頻處的信號、并/串變換及QPSK/QAM解調得到接收數據；

102、根據壓縮感知理論對短波信道建立稀疏模型，構建觀測矩陣T使得T滿足受限等距RIP，根據重構算法MCoSaMP進行短波信道h的重構，進而得到信道頻域響應H，實現信道估計。

進一步的，步驟101中發送端插入的M個導頻信號滿足：M≥λSlog(L/S)，其中λ為常數,L是短波信道長度，S是短波信道稀疏度。

進一步的，步驟102中的強單音干擾抑制方法包括以下步驟：

(1)接收端根據所接收到的M個導頻符號值進行干擾估計的閾值設定；

(2)通過閾值比較判斷該導頻子載波處是否存在強單音干擾，若存在則令該處導頻符號接收值Y_k等于其前后導頻符號接收值的平均數，即否則Y_k不變，當k≥M時停止單音干擾檢測；

(3)更新導頻符號的接收值Y。

進一步的，步驟103中的重構算法MCoSaMP進行短波信道h的重構過程如下：