[发明专利]一种水声OFDM系统正交匹配追踪信道估计方法

说明书

本发明属于水声通信技术领域，具体涉及一种水声OFDM系统正交匹配追踪信道估计方法。本发明依据水声信道的多径稀疏特性，利用小波变换技术预先估计信道的稀疏度，作为OMP算法中更新停止迭代的条件，避免OMP及稀疏度自适应算法中固定步长与信道实际稀疏度不匹配造成过度估计的问题，同时提高水声信道估计精度。本发明结合水声信道频响的稀疏特性，利用较少的导频准确的估计信道，减少了自适应算法的计算量，提高了估计精度，保证了实际应用中得到对信道频响的准确性，有更高的实用价值。

技术领域

本发明属于水声通信技术领域，具体涉及一种水声OFDM系统正交匹配追踪信道估计方法。

背景技术

水声(UWA)信道具有时延扩展长、多普勒频偏严重、频率选择性衰落、带宽受限严重、并且具有时变空变快衰落的特点，是最具挑战性的通信信道之一。近年来，正交频分复用(Orthogonal Fquency Division Multipleying，OFDM)技术因其较高的频带利用率和优秀的抑制符号间干扰、抗多径衰落的特性，广泛的应用于水声通信领域。水声OFDM技术中由于要考虑信道多径衰落的特性，在通信过程中将产生码间干扰(ISI)，为在接收端得到准确的信号，则需要利用信道估计技术得到准确的信道状态信息(CSI)。水声OFDM系统在实际应用中最常用的信道估计方法是最小二乘法(Least Square,LS)，算法复杂度低，不需要知道信道的先验信息，利用导频符号进行估计，导频辅助数据越多估计性能越好，但此方法会增加系统冗余，降低传输速率，且易受到接收端噪声的影响。

有学者研究表明，水声信道的脉冲响应能量大部分集中在少量的主要路径上，无论大时延和多普勒扩展对通信信道的影响多大，水声信道的时域冲激响应函数大部分为零或接近于零，因此水声信道满足多径稀疏性。

基于水声信道的稀疏性，水声信道中的信道估计技术可以转化为稀疏重构问题，因此压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论技术可以应用于水声信道的信道估计。其中正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit，OMP)是一种典型的贪婪算法，需要已知信号的稀疏度，逐个选取与残差最相关的原子，通过不断迭代对信号进行重构。其中信道冲激响应的重构字典的列数对应算法中迭代的原子数，即离散的时延点数。而在实际的水声信道中，稀疏度是未知的。若随意预设一个阈值作为估计稀疏度退出算法的迭代条件，OMP算法每次迭代是将字典的每一列与残差进行内积运算，并取绝对值，这会为重构的字典矩阵带来极大的计算量，并且会降低估计精度。而稀疏度自适应匹配追踪(SAMP)的算法虽然可以在信号未知稀疏度的情况下进行信道估计，但由于其需要设定固定步长，通过不断的迭代不断逼近信道真实稀疏度来达到准确重构原始信号的目的，这会导致算法迭代时步长阈值设定不合理，计算量较大，不易收敛，造成过度估计的问题，且受噪声影响较大，因此实际应用价值较低。

公开号CN102724147A的专利文件中公开了一种小波变换与LS信道估计技术结合的方法。该方法采用小波降噪法，结合了导频转换与信道均衡技术，提高LS信道估计算法的精度，但是并没有结合水声信道频响的稀疏特性。公开号CN102244624A公开了一种基于OMP的稀疏信道估计方法，该方法只是引用了经典的OMP算法来进行信道估计，并没有应用到水声通信领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水声OFDM系统正交匹配追踪信道估计方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：在水声OFDM系统中插入导频序列，在系统接收端获取导频测量矢量y_p，得到含噪声的水声信道频响h；

y_p＝X_ph+n_p