[發明專利]一種復數域稀疏水聲信道估計方法

在審

• 申請號: 201910229124.X
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN109995686A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 韓笑;田亞男;殷敬偉;葛威;李林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種復數域稀疏水聲信道估計方法。步驟1，發射端發射訓練序列；步驟2，接收端將通帶信號解調為基帶復信號作為估計器的期望信號；步驟3，訓練序列與估計器抽頭系數卷積得到估計器的輸出；步驟4，計算期望信號與估計器的輸出之間的誤差；步驟5，利用誤差，定義新的代價函數；按照CAP?LMS算法自適應更新抽頭系數，直至誤差收斂。本發明的優點在于能處理基帶上的復信號，實用性強；每次迭代時，能自適應地對每個抽頭施加不同的稀疏約束，達到更快的收斂速度和更低的穩態誤差。

技術領域

本發明涉及的是一種水聲信號處理方法，具體地說是一種基于復數域自適應懲罰最小均方誤差(CAP-LMS)的稀疏水聲信道估計方法。

背景技術

水聲信道的多途效應導致通信時碼間干擾嚴重。為了在接收端準確解碼，需要知道信道的多途結構。水聲信道呈現明顯的稀疏特性，稀疏是指信道的大多數能量集中在少數幾個途徑上，其余能量為零。傳統的信道估計方法只適用于處理實信號，不能處理基帶上的復信號。且它們未利用或者僅部分利用了信道的稀疏特性，穩態誤差較大，估計性能較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能處理基帶上的復信號，實用性強的復數域稀疏水聲信道估計方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟1，發射端發射訓練序列；

步驟2，接收端將通帶信號解調為基帶復信號作為估計器的期望信號；

步驟3，訓練序列與估計器抽頭系數卷積得到估計器的輸出；

步驟4，計算期望信號與估計器的輸出之間的誤差；

步驟5，利用誤差，定義新的代價函數；按照CAP-LMS算法自適應更新抽頭系數，直至誤差收斂。

本發明還可以包括：

1.訓練序列與估計器抽頭卷積得到估計器輸出表示為其中：為信道估計值，N為信道長度，上標^T表示轉置，x(n)為n時刻估計器輸入的訓練序列。

2.新的代價函數為其中：

為新定義的復抽頭p范數約束，γ為正則化參數，用于平衡稀疏約束和穩態誤差，將代價函數對求導得到CAP-LMS信道估計值更新公式。

3.CAP-LMS算法具體包括如下步驟：

步驟(1)，初始化信道估計值

步驟(2)，計算n-1時刻信道估計值的均值式中，||·||₁表示取l₁范數；

步驟(3)，將每一個抽頭系數與m(n)做比較，式中0≤i≤N-1；

當時，式中，μ為迭代步長，上標^*表示取共軛，此時稀疏約束項消失以此減小對大抽頭系數的估計誤差；

當時，式中，k＝μγ為稀疏約束參數，csgn(·)＝sign[Re(·)]+jsign[Im(·)]表示復數域符號函數，sign(·)為實數的符號函數，此時對小抽頭系數施加約束以加快其收斂速度；

步驟(4)，判斷誤差是否收斂，若收斂，則估計過程結束得到信道估計結果；若未收斂，返回步驟(2)繼續迭代。

本發明的稀疏水聲信道估計方法的主要特點在于：

(1)接收端將通帶信號解調為基帶復信號；

(2)針對基帶復信號并結合水聲信道的稀疏特性定義新的代價函數；

(3)估計器對不同抽頭系數施加不同約束，自適應地更新抽頭系數。