[发明专利]一种基于相关峰值搜索的正交匹配跟踪信道估计方法

说明书

本发明公开了一种基于相关峰值搜索的正交匹配跟踪信道估计方法。现有的正交匹配跟踪估计算法中，需要信道稀疏度这一先验信息。本发明首先简化字典集；选出残差向量与子字典集中列向量的相关度最大的原子及其对应的列索引，更新子字典集、索引集与重构原子集中的元素，估计信道冲激响应，更新残差向量，迭代计算接收信号的近似矢量，输出信道冲激响应的最终估计结果。本发明方筛选相关峰及其对应的时延以简化字典集并估计稀疏度，迭代过程中使用残差向量与简化得到的子字典集进行匹配，在保证估计精度的同时减少了匹配次数，降低了计算复杂度。本发明针对水声通信场景，改进正交匹配跟踪算法进行信道估计，在保证估计精度的同时降低了计算复杂度。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于相关峰值搜索的正交匹配跟踪信道估计方法，具体是在水声通信环境下，发送信号采用线性调频信号作为前导码，接收端利用线性调频信号较好的自相关特性估计稀疏度并简化字典集，改进正交匹配跟踪算法完成信道估计，降低正交匹配跟踪算法的计算复杂度。

背景技术

海洋资源有着极为广阔的开发前景和应用价值，世界各国都不断加强对海洋事业相关技术的研究，将海洋的科研价值转变为自己的综合国力。而水下通信是推进海洋资源开发的关键技术之一。与光、电磁波相比，声波在水下传播损耗更低，能传输更远的距离，可以实现几百米甚至几千米距离范围内的通信传输。因此将其作为水下数据传输的重要载体，进而诞生了水声通信技术。然而，水声信道的多径效应会造成接收信号的幅度衰落、频率扩展和码间干扰。而消除码间干扰是建立可靠高速水声通信系统面临的一个主要问题。目前，解决该问题的主要手段之一是均衡技术，而均衡需要通过信道估计感知信道特征。因此，精确的信道估计可为均衡器提供可靠的信道特性从而更好地消除多径时延。

压缩传感(Compressed Sensing，CS)技术是建立在矩阵论、概率统计论优化论等众多数学理论基础上发展起来的一种新的理论。CS理论可以通过极低的采样率实现信号的采样和处理，在降低数据存储、传输代价的同时减少信号处理时间和计算成本。自从2006年被提出，CS理论在诸多领域得到迅速发展。浅海水声信道通常被看作成一个缓慢时变的相干多径信道，在观察或处理时间有限的前提下，信道可用一个抽头分布稀疏的时不变滤波器来描述。因此可以采用压缩传感技术对信道冲激响应进行重构。正交匹配跟踪算法通过迭代的方式寻找稀疏向量的支撑集，并在支撑集上使用最小二乘估计来重构信号。但正交匹配跟踪算法需要稀疏度这一先验信息，根据稀疏度确定接收信号与字典集的匹配次数，限制较大，计算复杂度较高。

申请号为201110194559.9的发明专利公开了一种基于正交匹配跟踪的系数信道估计方法，其包括步骤：输入矢量信号为信道冲激响应序列，利用已知的输入训练序列构建测量矩阵，构建通过接收矢量信号来恢复重建输入矢量信号的稀疏信道冲激响应模型；采用正交匹配追踪算法估计各径的位置和幅度，获得信道估计值。该方法只是引用了经典的OMP算法来进行信道估计，并没有显著地降低计算复杂度。申请号为201610318947.6的发明专利中公开了一种水声块结构稀疏特性的信道估计方法，该方法在稀疏模型基础上进一步考虑水声稀疏信号内部的块状分布结构，即稀疏信号的非零元素(或者零元素)不是随机分布而是以块的形式呈现，将稀疏信号分块可有效降低信号稀疏度，进而降低估计所需的导频数量，降低了计算复杂度，但不能保证估计精度。

发明内容

本发明的目的是针对水声通信场景，提供一种基于相关峰值搜索的正交匹配跟踪信道估计方法，在保证估计精度的同时降低正交匹配跟踪算法的计算复杂度。