[发明专利]一种低导频开销的水声OFDM通信系统信道估计方法

说明书

本发明公开了一种低导频开销的水声OFDM通信系统信道估计方法，包括以下步骤：S1、计算当前时刻预设导频位置处的信道状态信息；S2、根据所得导频位置处的信道状态信息，预估计信道状态矩阵，得到预估计的信道状态矩阵；S3、将预估计的信道状态矩阵输入到预训练好的信道估计模型，得到当前时刻的信道状态矩阵；其中，所述信道估计模型包括超分辨率模型。本发明通过将部分预设导频位置的信道状态信息估计未知数据位置的信道状态这一问题等效为一个矩阵补全问题，通过构建并训练超分辨率模型作为信道估计模型对预估计的信道状态矩阵进一步精确估计，无需增加导频数量即可进行信道状态的矩阵的精确估计，即能够以较少的导频开销实现精准的信道估计。

技术领域

本发明属于水声无线通信技术领域，更具体地，涉及一种低导频开销的水声OFDM通信系统信道估计方法。

背景技术

海洋蕴含着丰富的矿产、生物资源，是人类社会可持续发展的重要战略空间。随着水下待通信节点的指数式增长，对水下通信的可靠性和有效性提出了更高的要求。纵观电磁波、声波、光波等目前主流的水下通信传输媒介，水声是唯一可靠的中长距离水下通信技术。然而，水声信道恶劣且复杂，水声通信面临着多径效应严重、可用带宽窄等严峻的挑战，高速水声通信亟待发展。

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术由于其抗多径效应强和频谱利用率高的优势，为高速水声通信提供了一种极具潜力的思路。OFDM通过化单路高速串行数据为多路低速并行数据，在不影响传输速率的前提下能有效对抗多径干扰；另外，OFDM通过保证子载波之间正交性允许频谱重叠，从而有效提升水声信道的频谱效率。

其中，信道估计是水声OFDM系统中不可或缺的重要模块，其对发送端自适应调制与编码和接收端信号检测与恢复均起着至关重要的作用。传统信道估计方法主要分为非盲估计、半盲估计和盲估计三类，非盲估计指借助导频(参考信号)的估计方法，盲估计指通过信号固有特性而无需导频的估计方法，半盲估计则是结合非盲和盲估计的方法。一般来讲，盲估计和半盲估计无需或少需参考信号，能有效降低估计开销，数据传输率高，但计算复杂度较高且估计精度十分有限。因而，目前无线通信主要采用基于导频的非盲信道估计方法。然而，水声信道恶劣且复杂，多径效应和多普勒效应严重，相干带宽和相干时间极短(为保证估计精度，通常在一个相干时间和相干带宽内至少需要插入一个导频符号)。传统非盲信道估计方法通过增加导频数量以提升估计精度，在水声信道中将带来严重的导频开销，极大地降低了数据的有效传输速率。因此，如何利用较少的导频开销实现精准的信道估计对水声OFDM系统至关重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低导频开销的水声OFDM通信系统信道估计方法，其目的在于解决现有技术无法以较少的导频开销实现精准的信道估计的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种低导频开销的水声 OFDM通信系统信道估计方法，包括以下步骤：

S1、计算当前时刻预设导频位置处的信道状态信息；

S2、根据所得导频位置处的信道状态信息，预估计信道状态矩阵，得到预估计的信道状态矩阵；

S3、将预估计的信道状态矩阵输入到预训练好的信道估计模型中，得到当前时刻的信道状态矩阵；

其中，信道估计模型包括超分辨率模型。

进一步优选地，上述信道估计模型的训练方法包括：

采集不同时刻水声OFDM通信系统中发送端的发送信号X和接收端的接收信号Y，根据发送信号X和接收端的接收信号Y，计算得到真实水声环境下不同时刻的信道状态矩阵，其中，发送信号X在发送端和接收端均已知；

对所采集的不同时刻的发送信号X，分别计算发送信号X中预设导频位置处的信道状态信息，并根据所得导频位置处的信道状态信息，预估计信道状态矩阵，得到不同时刻预估计的信道状态矩阵；