[發明專利]一種改進的ROMP水聲信道估計算法

在審

• 申請號: 202010576842.7
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111800362A
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 王好賢;李尊琦;周志權
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B7/0413;H04B13/02
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本發明涉及一種改進的ROMP水聲信道估計算法。本發明的目的是針對MIMO?OFDM水聲通信系統中子載波的導頻信號，基于ROMP(正則化正交匹配追蹤)算法的改進，通過選取合適的正則化系數，并將原ROMP(正則化正交匹配追蹤)算法的固定步長改為三段步長，來減少迭代次數，獲取更加精確的信道估計結果，說明書附圖中圖1為發明的具體實現流程圖。

技術領域：

本發明屬于水聲通信技術領域，具體地說是基于ROMP(正則化正交匹配追蹤)算法的改進，通過選取合適的正則化系數，并將原ROMP算法的固定步長改為三段步長，來獲取更加精確的信道估計結果。

背景技術：

聲信道是復雜多變的信道，其具有帶寬受限和多途時延擴展大等特點。低速率的通信系統已經不能滿足人們對海洋通信的需求。MIMO-OFDM通信系統具有穩定高速的特征，這些年，已經被許多學者所重視，在水聲通信方面，逐漸的成為研究的熱點。MIMO技術既可以通過時空編碼提高分集增益，也可以通過空間復用成倍的增大信道容量，MIMO技術雖然具有上述的兩大優勢，但同時也使得信道變得更加復雜，水聲信道的多途干擾和頻率選擇性衰落問題對MIMO通信系統影響非常大。而OFDM技術可以有效地解決這個問題，OFDM技術在有限帶寬中選取多個子載波，則信道也被分成許多個子信道，子信道的帶寬比原來信道的相關帶寬要小很多，則在通信過程中，其衰落可以被認為是平坦衰落，從而消除了碼間干擾。MIMO-OFDM雖然具有一些優勢，能夠有效地克服水聲通信中出現的一些問題。但是，它所使用的MIMO信道也將水聲信道的一些特征混合并放大，使得信道狀態更難獲得。而在接收端對傳輸信號處理并恢復原始信號都需要知道信道的參數信息。因此，能夠準確有效地進行信道估計是通信中的重要一環。

ROMP(正則化正交匹配追蹤)算法是一種信道估計中常用的壓縮感知信道估計算法，引入了正則化過程對原子進行進一步的篩選，具有穩定性高的特點，但其迭代步長是固定，信號處理速度慢。

本發明通過改變正則化系數來集中能量，增加準確率，并通過設置三段步長來減少迭代次數，能夠更加準確有效地進行信道估計。

發明內容：

本發明的目的針對MIMO-OFDM水聲通信系統中子載波的導頻信號，基于ROMP(正則化正交匹配追蹤)算法的改進，通過選取合適的正則化系數，并將原正則化正交匹配追蹤算法的固定步長改為三段步長，來減少迭代次數，獲取更加精確的信道估計結果。

本發明采用的技術方案是：

第一步：根據ROMP(正則化正交匹配追蹤)算法的正交化原則需要選取合適的正則化系數r，根據誤碼率性能選取合適的正則化系數r，并保證算法收斂，令表示u內積向量。J₀表示篩選原子集，正交化原則體現為式(1)；

|u_i|≤r|u_j|，i,j∈J₀ (1)

第二步：設導頻的接收端信號為觀測向量y，導頻信號矩陣為測量矩陣X，稀疏度為K，初始化迭代次數t＝1，殘差r₀＝y，Λ_t表示t次迭代的索引集合，X_t表示按索引Λ_t選出的X矩陣的列集合；

第三步：通過式(2)計算X與殘差向量的內積的絕對值；

u＝abs[X^Tr_t-1] (2)

第四步：若0≤||Λ||₀≤1/2K則選擇u(i)中K/2個最大的值，將這些值對應X的序列序號j構成集合J中；若1/2K＜||Λ₀||≤3/4K則選擇u(i)中K/4個最大的值，將這些值對應X的序列序號j構成集合J中；不然，則選擇u(i)中1個最大的值，將這些值對應X的序列序號j構成集合J中；