[发明专利]一种水声OFDMA上行通信稀疏信道估计与导频优化方法

说明书

本发明公开了一种水声OFDMA上行通信稀疏信道估计与导频优化方法。在发送端建立基于梳状导频的多用户CS稀疏信道估计模型，得到测量矩阵互相关表达式；根据测量矩阵互相关表达式，在发送端进行导频图案和导频功率联合优化，减少CS信道估计模型下的测量矩阵互相关；在接收端利用多用户CS稀疏信道估计模型，并结合导频图案和导频功率联合优化的导频信息，采用CS框架下的匹配追踪算法实现多用户稀疏信道估计。本发明具有能够减小估计误差的优点。

技术领域

本发明属于水声通信领域，尤其涉及一种基于压缩感知的，水声OFDMA上行通信稀疏信道估计与导频优化方法。

背景技术

近年来，具有资源分配方式灵活、频谱利用率高、抗多径能力强等特点的正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA)技术逐渐受到关注，并广泛应用于水声媒体接入控制(MAC，Media Access Control)协议设计。OFDMA系统可为用户分配一段连续的子载波，即子带式子载波分配方式(subband Carrier AssignmentScheme,subband CAS)来实现频谱资源共享；也可利用等间隔的交织式子载波分配方式(interleaved CAS)充分开发信道频率分集增益；还可根据信道条件及用户需求灵活分配频谱资源，采用非等间隔的广义式子载波分配方式(generalized CAS)进一步提高系统性能。然而灵活的子载波分配方式也导致用户导频在整个通信频段内无法均匀分布，给OFDMA上行通信中基于导频辅助的信道估计方法带来挑战。上行通信中，经历不同信道的多个用户同时接入，尤其对于频谱资源有限，多径扩展严重的水声信道，上行接收端如何利用各用户分配的少量、不均匀导频，实现多用户信道估计成为OFDMA上行通信亟需解决的关键技术。

公开号为CN103873422A的专利文件中公开一种水声正交频分复用(OFDM)系统符号内多径干扰消除方法，该技术方案利用梳状导频对频域的OFDM解调信号进行信道估计，估计方法是基于压缩感知(Compressed Sensing,CS)技术，利用正交匹配追踪算法重构未知的信道脉冲响应，获得信道多径复增益和时延。然而该专利在OFDM符号中插入均匀梳状导频辅助信道估计，未涉及在不规则导频分布下基于CS的水声信道估计方法。本发明针对水声OFDMA上行通信中用户导频数量少、分布不均匀，导致传统内插信道估计方法产生误码平层的问题，提出一种基于CS的稀疏信道估计与导频优化方法。在水声OFDMA上行通信发射端通过随机搜索算法对导频图案和导频功率联合优化；在接收端建立水声OFDMA上行通信下的CS信道估计模型，基于OFDMA上行系统各个用户分配的少量、非均匀导频，采用匹配追踪算法估计多用户信道冲激响应。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够减小估计误差的，水声OFDMA上行通信稀疏信道估计与导频优化方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水声OFDMA上行通信稀疏信道估计与导频优化方法，包括以下几个步骤，

步骤一：在发送端建立基于梳状导频的多用户CS稀疏信道估计模型，得到测量矩阵互相关表达式；

步骤二：根据测量矩阵互相关表达式，在发送端进行导频图案和导频功率联合优化，减少CS信道估计模型下的测量矩阵互相关；

步骤三：在接收端利用多用户CS稀疏信道估计模型，并结合导频图案和导频功率联合优化的导频信息，采用CS框架下的匹配追踪算法实现多用户稀疏信道估计。

本发明一种水声OFDMA上行通信稀疏信道估计与导频优化方法，还可以包括：

1、多用户CS稀疏信道估计模型为：

z_u＝Ax_A+v