[發明專利]一種基于時延多普勒域的時變稀疏水聲信道估計方法

有效

• 申請號: 201810586326.5
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108833312B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 伍飛云;楊坤德;田天
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04B17/391;H04B13/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于時延多普勒域的時變稀疏水聲信道估計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立時延多普勒域模型：

1、設參數Δt,Δτ和Δf分別為觀測時間、時延、以及多普勒頻移的采樣間隔,離散化的觀測時間表示為t_n＝nΔt,n＝1,...,N,N為觀測時間最大采樣點數，離散化的時延表示為：

τ_m＝τ₀+(m-1)Δτ,m＝1,...,M (1)

其中參數τ₀是參考時延,M是最大的時延采樣維度,稱為水聲信道階數；

2、離散化時變信道響應為h[t_n,τ_m]，定義采樣的多普勒為：

f_l＝f₀+(l-1)Δf,l＝1,...,L (2)

其中f₀是最小的多普勒頻移值,L是最大的多普勒采樣維度，因此,二維的時延-多普勒維度大小表示為LM；

設其中f_s是信號頻率采樣率,則離散化的輸入輸出關系式為：

w為噪聲；

定義u＝[u_1,1,…,u_1,M,u_2,1,…,u_2,M,…,u_L,1,…,u_L,M]^T,其維數為(L·M)×1,則時延多普勒域的輸入輸出關系表達為：

其中的維數是L×1,表示Kronecker乘積,x[t_n]＝[x_n+M-1,…,x_n+1,x_n]^T的維數為M×1；

定義y＝{y[t₁],y[t₂],…,y[t_N]}^T,A＝{a[t₁],a[t₂],…,a[t_N]}^H,得到以下輸入輸出關系：

y＝Au+w (5)

其中y和w的維數都為N×1,A和u的維數分別為N×(L·M),(L·M)×1；

信道沖激響應函數u估計的具體方法為：

①輸入參數信息設置：矩陣A和接收信號y，設置算法終止條件

②輸出參數信息設置：信道沖激響應函數估計值u；

③初始化：初始估計值為零向量u^{0}＝0：初始殘差r^{0}＝y；初始迭代次數i＝0；初始信道沖激響應函數支撐集為空集

④判斷算法終止條件是否滿足，即是否||r||＜r_th，若是，則停止迭代，若否，則按照如下迭代式迭代：

P^{1}＝v^{1}(v^{1}Tv^{1})^-1v^{1}T (7)

r^{1}＝r^{0}-P^{1}y (8)

對于第i次選擇的原子應該與之前所選擇的正交，因此第i次的正交向量為：

得到第i次的投影矩陣為：

P^{i}＝v^{i}(v^{i}Tv^{i})^-1v^{i}T (10)

第i次的殘差更新為：

r^{i}＝r^{i-1}-P^{i}y (11)

支撐集更新：

S^{i}＝S^{i-1}∪s^{i} (12)

接下來求偽逆運算：

估計的水聲信道沖激響應函數為：

步驟2：本MMSE均衡器輸出的對發送信號的估計值表示為：

其中I表示單位矩陣，表示噪聲能量的參數，y表示接收端的信號向量，而表示均衡器對發送端信號的估計值，且

其中

是一個N×N的對角矩陣，而矩陣U_l維數為N×N_s，其中N_s為發送序列長度，由向量u_l＝[U(0,l),...,U(M-1,l)]^T構造而成，具體排列方式為：