[發明專利]一種水聲OFDM通信系統中信道參數的快速重構方法

有效

• 申請號: 202010077111.8
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111277522B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 王景景;閆正強;楊星海;施威;郭瑛;周麗雅;李海濤
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04B13/02;H04L27/26
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 劉艷青

本發明公開了一種水聲OFDM通信系統中信道參數的快速重構方法，該方法通過在已有的基于提前計算埃爾米特內積標簽矩陣的重構框架下，通過有效的QR分解求解信道路徑幅度矢量，給出了迭代過程中Q與R矩陣的更新方法，不需要每次迭代都進行QR分解，大大降低了重構的復雜度。另外，通過將先前迭代已選出的所有時延對應于埃爾米特內積矩陣C中的行全部置零，在不增加復雜度的情況下避免了不同迭代過程因選擇相同時延導致的時延估計錯誤問題。本發明提供的快速重構方法能夠在不影響信息傳輸精度的前提下大大提高了傳輸速率。

技術領域

本發明屬于水聲通信技術領域，具體地說，涉及一種水聲OFDM通信系統中信道參數的快速重構方法。

背景技術

正交頻分復用(Orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)是一種多載波傳輸技術，目前已被廣泛應用于水聲通信系統以提高頻譜效率。但是，復雜多變的水聲信道環境使得傳統的信道估計性能下降，進而降低了傳輸效率。由于水聲信道具有稀疏性，將壓縮感知(Compressing Sensing，CS)用于信道估計可提高估計性能。然而，水聲信道的時變性使得OFDM系統的載波產生頻率擴展，即所謂的載波間干擾(Inter-carrierinterference，ICI)。ICI使得水聲信道矩陣是全矩陣，這增加了信道估計的難度。

目前，基于路徑的參數化水聲信道模型由于其較好的貼合實際水聲信道而受到廣泛關注，該模型中每條信道路徑由幅度、時延和多普勒擴展三個參數決定。在該模型基礎上，一種時變信道下ICI-感知的信道估計方法已被提出，該方法通過構造所謂的過完備字典重新描述估計問題，采用正交匹配追蹤(Orthogonal matching pursuit，OMP)重構算法估計信道的路徑參數，大量研究已表明，該方法擁有較好的估計精度。但是，OMP重構方法的使用亦導致了非常高的估計復雜度，不利于水下信息的實時傳輸，使得水下信息傳輸效率較低。

發明內容

本發明針對現有用于水聲信道估計的重構方法計算量大，導致通信實時性差的技術問題，本發明提出了一種水聲OFDM通信系統中信道參數的快速重構方法，可以解決上述問題。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

一種水聲OFDM通信系統中信道參數的快速重構方法，包括：

S1：接收信號數據進行輸入；

S2：對信號數據以及后續迭代過程相關的參數進行初始化處理；

S3：進行迭代：利用埃爾米特內積矩陣C選擇信道的時延和多普勒擴展因子b；利用

QR分解原理計算信道幅度矢量

S4：迭代結束后對信道參數進行輸出。

進一步的，所述S3中的QR分解具體為：

在第一次迭代時，通過QR分解原理將支撐集Ψ₁分解為Ψ₁＝Q₁R₁,其中R₁＝||Ψ₁||,Q₁＝Ψ₁/R₁；在后續迭代中，R與Q矩陣按如下過程更新：

首先將R_t[1：t-1,t]更新為然后將R_t[t,t]更新為||a_t||，a_t為支撐集Ψ_t的正交矩陣中的第t個矢量，其值為a_t＝Ψ_t[：,t]-Q_t-1R_t[1：t-1,t]；最后將Q_t[：,t]更新為a_t/||a_t||；每次計算或更新完Q和R矩陣后，計算信道幅度矢量為