[发明专利]一种适用于时变稀疏信道的鲁棒信道估计算法

说明书

本发明是一种适用于时变稀疏信道的鲁棒信道估计算法，其特征在于，步骤包含：步骤1、引入多普勒误差参数，表示不同路径下实验中多普勒与真实环境中多普勒之间的误差；步骤2、计算得到新的字典矩阵，并引入误差矩阵项，进而建立新旧字典矩阵之间的表达式关系；步骤3、针对步骤2中的误差矩阵计算其数学期望；步骤4、对传统基于压缩感知的信道估计模型进行等价变换，得到鲁棒的高维稀疏回归模型，并建立该模型的一组伽马参数；步骤5、基于步骤4中的鲁棒高维稀疏回归模型，建立该模型投影梯度算法的迭代公式；步骤6、迭代求解信道估计量；步骤7、迭代结束，得到信道估计解，利用信道矩阵重构公式重构信道。

技术领域

本发明涉及稀疏信道估计技术领域，尤其是一种适用于时变稀疏信道的鲁棒信道估计算法。

背景技术

通信质量在很大水平上依赖于信道估计的精度，精确的信道估计对保证通信质量极为重要。对于宽带通信如超宽带系统、浅海声通信系统等，信道的稀疏特性和快速时变性对于有效通信构成巨大挑战。以浅海声通信为例，在浅海声通信系统中，海水内部波动和收发端的相互运动等，导致信道具有过长的延迟扩展和严重的多普勒效应。在单载波传输中，路径延迟过长就会直接导致严重的符号间干扰。对于多载波如正交频分复用系统，严重的多普勒效应使得子载波间的正交性遭到破坏，引发载波间干扰。现有的利用信道自有稀疏特征，广泛使用的信道估计技术主要包括：一是根据阵列信号处理中的子空间方法，如使用ESPRIT和Root-MUSIC算法进行信道参量估计；二是根据压缩感知(Compressed Sensing,CS)的方法，通过建立过完备字典集并使用正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)或基追踪(Basis Pursuit,BP)算法进行信道估计。

文献1(何雪云，潘林.压缩感知在稀疏信道估计中的应用[J].通信技术，2011,44(09):27-29.)使用基于OMP算法的信道建模与估计，将信道冲击响应认为时不变进行处理，没有考虑信道的时变特征和多普勒存在误差的问题，信道估计精度不高。文献2(赵龙慧，潘乐炳.OFDM稀疏信道估计中改进的OMP算法[J].计算机工程与设计，2015，36(07):1701-1705)提出一种基于动态门限的OMP信道估计算法，对OFDM的信道响应进行估计。该技术比OMP算法的性能有所提高，但同样未考虑到信道环境时变带来的多普勒严重和存在误差的问题。专利1(基于正交匹配追踪的稀疏信道估计方法， 201110194559.9，万波，陈燕生.2011)提出一种基于正交匹配追踪的稀疏信道估计方法，该技术考虑了信道的稀疏特性，但是其建立的信道模型较为简单，没有描述信道的时变特征，适用范围低于本发明。专利2(一种时域稀疏信道估计方法，201510012970.8，束锋，顾晨，钱振宇.2015)提出一种基于最大似然函数和二次内插方式的信道估计方法，在中等时变信道情况下逼近利用信道统计特性的估计算法，无法适应严重多普勒扩展的时变信道估计。专利3(一种稀疏度自适应的OFDM系统信道估计方法，201410071755.0，王永，唐彦楠.2014)提出一种通过导频处信道响应构造观测矩阵，然后根据稀疏度自适应算法估计出信道响应。该技术构建的信道模型中没有考虑多普勒误差的影响，构建的观测矩阵不准确，其应用范围低于本发明所能达到的范围。

总的来说，上述主流的稀疏信道估计算法都存在一个重要问题，即这些信道估计方法在研究过程中均假设实验中的多普勒等于真实环境下的多普勒，或将通过实验数据估计得到的多普勒值认定为实际环境中的真实值进行处理。然而，实际的浅海通信环境要更加复杂多变，环境干扰噪声严重，导致实验中的多普勒不准且与真实环境中的多普勒存在较大误差，这大幅影响信道估计精度，导致通信性能受限。

发明内容

本发明的目的在于，提出了一种时变稀疏信道下的鲁棒信道估计算法，能够解决多普勒严重且误差较大情况下的时变信道估计问题，可以适应低信噪比通信环境，同时提升信道估计精度。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种适用于时变稀疏信道的鲁棒信道估计算法，其步骤包含：