[發明專利]一種水聲OFDM系統正交匹配追蹤信道估計方法

在審

• 申請號: 202110272078.9
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113055317A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 孫宗鑫;詹悅
• 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

本發明屬于水聲通信技術領域，具體涉及一種水聲OFDM系統正交匹配追蹤信道估計方法。本發明依據水聲信道的多徑稀疏特性，利用小波變換技術預先估計信道的稀疏度，作為OMP算法中更新停止迭代的條件，避免OMP及稀疏度自適應算法中固定步長與信道實際稀疏度不匹配造成過度估計的問題，同時提高水聲信道估計精度。本發明結合水聲信道頻響的稀疏特性，利用較少的導頻準確的估計信道，減少了自適應算法的計算量，提高了估計精度，保證了實際應用中得到對信道頻響的準確性，有更高的實用價值。

技術領域

本發明屬于水聲通信技術領域，具體涉及一種水聲OFDM系統正交匹配追蹤信道估計方法。

背景技術

水聲(UWA)信道具有時延擴展長、多普勒頻偏嚴重、頻率選擇性衰落、帶寬受限嚴重、并且具有時變空變快衰落的特點，是最具挑戰性的通信信道之一。近年來，正交頻分復用(Orthogonal Fquency Division Multipleying，OFDM)技術因其較高的頻帶利用率和優秀的抑制符號間干擾、抗多徑衰落的特性，廣泛的應用于水聲通信領域。水聲OFDM技術中由于要考慮信道多徑衰落的特性，在通信過程中將產生碼間干擾(ISI)，為在接收端得到準確的信號，則需要利用信道估計技術得到準確的信道狀態信息(CSI)。水聲OFDM系統在實際應用中最常用的信道估計方法是最小二乘法(Least Square,LS)，算法復雜度低，不需要知道信道的先驗信息，利用導頻符號進行估計，導頻輔助數據越多估計性能越好，但此方法會增加系統冗余，降低傳輸速率，且易受到接收端噪聲的影響。

有學者研究表明，水聲信道的脈沖響應能量大部分集中在少量的主要路徑上，無論大時延和多普勒擴展對通信信道的影響多大，水聲信道的時域沖激響應函數大部分為零或接近于零，因此水聲信道滿足多徑稀疏性。

基于水聲信道的稀疏性，水聲信道中的信道估計技術可以轉化為稀疏重構問題，因此壓縮感知(Compressive Sensing,CS)理論技術可以應用于水聲信道的信道估計。其中正交匹配追蹤(Orthogonal Matching Pursuit，OMP)是一種典型的貪婪算法，需要已知信號的稀疏度，逐個選取與殘差最相關的原子，通過不斷迭代對信號進行重構。其中信道沖激響應的重構字典的列數對應算法中迭代的原子數，即離散的時延點數。而在實際的水聲信道中，稀疏度是未知的。若隨意預設一個閾值作為估計稀疏度退出算法的迭代條件，OMP算法每次迭代是將字典的每一列與殘差進行內積運算，并取絕對值，這會為重構的字典矩陣帶來極大的計算量，并且會降低估計精度。而稀疏度自適應匹配追蹤(SAMP)的算法雖然可以在信號未知稀疏度的情況下進行信道估計，但由于其需要設定固定步長，通過不斷的迭代不斷逼近信道真實稀疏度來達到準確重構原始信號的目的，這會導致算法迭代時步長閾值設定不合理，計算量較大，不易收斂，造成過度估計的問題，且受噪聲影響較大，因此實際應用價值較低。

公開號CN102724147A的專利文件中公開了一種小波變換與LS信道估計技術結合的方法。該方法采用小波降噪法，結合了導頻轉換與信道均衡技術，提高LS信道估計算法的精度，但是并沒有結合水聲信道頻響的稀疏特性。公開號CN102244624A公開了一種基于OMP的稀疏信道估計方法，該方法只是引用了經典的OMP算法來進行信道估計，并沒有應用到水聲通信領域。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水聲OFDM系統正交匹配追蹤信道估計方法。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：包括以下步驟：

步驟1：在水聲OFDM系統中插入導頻序列，在系統接收端獲取導頻測量矢量y_p，得到含噪聲的水聲信道頻響h；

y_p＝X_ph+n_p