[發明專利]一種水聲稀疏信道估計方法、系統、設備及存儲介質

有效

• 申請號: 201910489438.3
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110311872B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 李棟;房小芳;朱敏;武巖波
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L27/26
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;劉振

本發明提出了一種水聲稀疏信道估計方法、系統、設備及存儲介質，所述方法包括：建立水聲信道估計模型；通過匹配追蹤算法確定水聲信道的稀疏支撐集，然后在稀疏支撐集內基于阻尼廣義近似消息傳遞算法實現信道的聯合迭代稀疏估計。本發明將匹配追蹤MP算法與DGAMP算法有機結合，提出一種稀疏信道聯合迭代估計方法，一方面MP迭代確定了稀疏點的支撐集，降低了DGAMP因子的節點數，保證了DGAMP的收斂性并大幅提高其魯棒性；另一方面，在支撐集內采用DGAMP迭代估計獲得信道的估計值，由于迭代過程只涉及標量運算，大大降低了計算復雜度。

技術領域

本發明涉及一種水聲稀疏信道估計方法，特別涉及用于水聲多載波傳輸的稀疏信道聯合迭代估計方法，具體涉及一種水聲稀疏信道估計方法、系統、設備及存儲介質。

背景技術

水聲信道是一種長時延多徑信道，對水平傳輸信道，多徑效應尤為明顯。長時延多徑效應對水聲通信信號主要有兩方面的影響：在時域引入較強的符號間干擾；在頻域帶來嚴重的頻率選擇性。因此，想要準確地恢復傳輸的符號與比特，水聲通信系統的接收端需要充分利用水聲信道的信息。

水聲信道的沖激響應主要由發射端與接收端之間的本征聲線決定，在時域具有明顯的稀疏特性。因此，可利用稀疏壓縮感知等技術來實現水聲信道的估計。傳統的信道估計方法為線性最小均方誤差(LMMSE，Linear Minimum Mean Square Error) 估計，沒有利用信道的稀疏特性。對稀疏水聲信道而言，信道稀疏點的支撐集與支撐集內的估計值決定了信道估計的性能。

近些年來，基追蹤(BP，Basis Pursuit)與正交匹配追蹤(OMP，OrthogonalMatching Pursuit)等以迭代支撐集估計為主的稀疏算法被廣泛應用于水聲信道估計，這類算法在支撐集內利用最小二乘估計，涉及矩陣求逆，復雜度高。

2010年，Donoho基于因子圖提出了一種可有效解決壓縮感知類問題的近似消息傳遞(AMP，Approximate Message Passing)算法；之后參考文獻[1](S.Rangan.(2010).“Generalized approximate message passing for estimation with random linearmixing.”) 在此基礎上擴展了廣義近似消息傳遞(GAMP，Generalized ApproximateMessage Passing)算法。與匹配追蹤類算法相比，GAMP算法是通過近似因子圖迭代直接獲得信道的估計值，其主要優勢在于其只涉及標量運算，復雜度低。然而，當測量矩陣為零均值小方差高斯隨機矩陣時才可保證嚴格收斂。在GAMP算法中加入阻尼可以(即阻尼廣義近似消息傳遞算法，Damping Generalized Approximate Message Passing，簡稱為DGAMP)改善其收斂性并提高魯棒性，但改善程度有限(參考文獻[2]：S.Rangan,P.Schniter,andA.Fletcher,“On the convergence of approximate message passing with arbitrarymatrices,”in Proc.IEEE Int.Symp.Inf.Theory(ISIT), Jun./Jul.2014,pp.236–240.)。

發明內容

本發明的目的在于解決水聲通信中稀疏多徑、長延時、非高斯信道估計的問題，提出了一種基于DGAMP與MP的稀疏信道聯合迭代估計方法。該方法通過MP 迭代確定水聲信道的稀疏支撐集，在支撐集內基于DGAMP自迭代算法完成信道的準確估計。

為了實現上述目的，本發明提出了一種水聲稀疏信道估計方法，所述方法包括：

建立水聲信道估計模型；

通過匹配追蹤算法確定水聲信道的稀疏支撐集，然后在稀疏支撐集內基于阻尼廣義近似消息傳遞算法實現信道的聯合迭代稀疏估計。

作為上述方法的一種改進，所述建立水聲信道估計模型；具體為：