[发明专利]稀疏度未知的水声正交频分复用信道估计方法及装置有效

专利信息
申请号: 201811196285.5 申请日: 2018-10-15
公开(公告)号: CN109361631B 公开(公告)日: 2021-02-09
发明(设计)人: 樊军辉;彭华 申请(专利权)人: 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学
主分类号: H04L25/02 分类号: H04L25/02;H04L25/03
代理公司: 郑州大通专利商标代理有限公司 41111 代理人: 周艳巧
地址: 450000 河*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 稀疏 未知 正交 频分复用 信道 估计 方法 装置
【说明书】:

发明属于OFDM水声通信技术领域,特别涉及一种稀疏度未知的水声正交频分复用信道估计方法及装置,该方法包含:构建正交频分复用OFDM信号通过水声信道后的信号模型,其中,正交频分复用OFDM信号包含同步段的同步信号和OFDM数据段的码元,每个码元中包含循环前缀和符号数据;通过分数阶傅里叶变换对同步段正交频分复用OFDM信号进行处理,获取信道稀疏度估计值;通过正交匹配追踪对水声OFDM稀疏信道进行重构,获取解调信号并输出。本发明信道估计方案更加实用,在稀疏度未知的情况下,通过试验验证,性能优于传统的稀疏度自适应方案,可以获得更精确的信道估计,从而获得更好的解调性能,保证通信稳健,性能稳定、运行高效,具有较强实际应用价值和发展前景。

技术领域

本发明属于OFDM水声通信技术领域,特别涉及一种稀疏度未知的水声正交频分复用信道估计方法及装置。

背景技术

水声信道是一种典型的时变、频变和空变信道,这为稳健的高速率水声通信提出了挑战。与传统的单载波通信系统相比,正交频分复用(orthogonal frequency divisionmultiplexing,OFDM)因其较高的频谱利用率,较强的抗多径能力和均衡器结构易于实现而成为一个研究热点。OFDM通过增加保护间隔(循环前缀)来减轻水声通信中的载波间干扰(inter-carrier interference,ICI))和码间串扰(inter-symbol interference,ISI)。但水声信道多途通常为几十甚至几百毫秒,仅仅通过保护间隔无法克服多途干扰。为了克服水声OFDM通信中的多途问题,精确地信道估计和信道均衡算法必不可少。

传统的水声信道估计算法,比如最小平方(least square,LS)和最小均方误差(minimum mean square error,MMSE)易受噪声干扰,因此信道估计精度不高。随着压缩感知(compressed sensing,CS)理论的发展,稀疏信道估计得到了越来越多的关注。水声信道在时域和频域都可认为具有稀疏特性,将基于压缩感知的贪婪算法用于信道估计,在已知稀疏度的情况下取得了较好的性能,然而在实际水声通信中,信道的稀疏度往往是未知的。现有稀疏度自适应算法(sparsity adaptive matching pursuit,SAMP),不适用于低信噪比下的水声信道估计。

发明内容

针对现有技术中的不足,本发明提供一种稀疏度未知的水声正交频分复用信道估计方法及装置,适用于移动水声通信的信道估计,且能够实现较低信噪比下的信道估计,估计精度高,便于信号重构。

按照本发明所提供的设计方案,一种稀疏度未知的水声正交频分复用信道估计方法,包含如下内容:

构建正交频分复用OFDM信号通过水声信道后的信号模型,其中,正交频分复用OFDM信号包含同步段的同步信号和OFDM数据段的码元,每个码元中包含循环前缀和符号数据;

通过分数阶傅里叶变换对同步段正交频分复用OFDM信号进行处理,获取信道稀疏度估计值;

通过正交匹配追踪对水声OFDM稀疏信道进行重构,获取解调信号并输出。

上述的,水声通信中OFDM信号采用线性调频Chirp信号;通过对Chirp信号进行多普勒因子估计和补偿,构建水声通信多途通道模型;将Chirp信号经过水声通信多途通道模型,获取接收信号。

优选的,水声通信多途通道模型表示为:

其中,Ap和τp分别是第p条路径的衰落和时延,p是多途数量,n(t)为高斯白噪声。

优选的,将Chirp信号和接收信号分别进行分数阶傅里叶变换FRFT;依据两者FRFT变换结果,获取信道稀疏度估计值。

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