一種基於壓縮感知的短波ofdm抑制幹擾聯合信道估計方法
2023-05-27 16:01:41 1
一種基於壓縮感知的短波ofdm抑制幹擾聯合信道估計方法
【專利摘要】本發明請求保護一種基於壓縮感知的短波OFDM抑制幹擾聯合信道估計方法，涉及短波通信領域及移動通信【技術領域】。該方法的包括如下步驟：步驟一：接收端獲得發送端發送的的M個導頻信號的接收值YM×1；步驟二：強單音幹擾抑制；步驟三：根據重構算法MCoSaMP進行短波信道h的重構,得到短波信道頻域響應H。本發明提供的信道估計方法不僅可以比傳統的信道估計方法使用更少的導頻符號，提高頻譜利用率，而且通過抑制短波信道中的強單音幹擾可以有效降低信道估計誤差，提高信道估計的性能。
【專利說明】一種基於壓縮感知的短波OFDM抑制幹擾聯合信道估計方 法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及短波通信領域及移動通信【技術領域】，尤其涉及一種基於壓縮感知的短 波0FDM抑制幹擾聯合信道估計方法。
【背景技術】
[0002] 短波通信主要依靠天波傳播，而天波傳播是依賴於電離層對電磁波的反射來實現 的，所以短波信道的特徵與電離層的變化特徵密切相關。影響電離層的因素主要有太陽黑 子數、季節、晝夜、發射機和接收機的地理位置等，由於電離層的不規則運動以及電離層濃 度及厚度的不斷變化，電磁波在傳播過程中會產生多徑和都卜勒等效應，從而導致短波信 道成為頻率選擇性和時間選擇性信道。除此之外，短波通信還受到一種強單音信號的幹擾。 因而，在短波通信中接收信號通常會受到短波信道的影響而被錯誤判斷接收。因此，需要一 種性能較好的信道估計技術對短波信道進行估計，然後進行信道均衡從而使接收端能夠正 確接收發送端發送的信號。
[0003] 研究發現，正交頻分復用技術（0FDM)應用於短波通信系統能夠有效緩解短波信 道頻譜資源稀缺（短波頻譜只有3MHZ-30MHZ的頻譜範圍）及多徑衰落的問題，具有重要 的實用價值。0FDM系統中使用較多的信道估計技術是基於導頻符號的信道估計方法。其估 計過程如下：
[0004] 首先在發送端發送P個已知的導頻符號xp，經過0FDM系統後，接收端收到P個接 收信號Yp;然後利用傳統的最小二乘（LS)或者最小均方誤差（MMSE)技術進行導頻子載波 處的信道頻域響應I;最後經過插值算法（如線性插值、線性濾波插值、基於DFT的插值等） 求出其它數據子載波處的信道頻域響應，從而完成對整個信道的頻域響應的估計。然而，現 有的信道估計技術往往只考慮加性高斯白噪聲（AWG)對系統的影響，LS估計方法甚至沒有 考慮AWG的影響。而實際上短波信道頻帶內存在大量的強單音幹擾，會直接破壞0FDM信號 結構，如不採取必要的幹擾抑制手段，就會影響信道估計的準確性，最終降低系統的傳輸性 能。另外，短波信道實際是一種稀疏信道，而傳統的信道估計方法（LS、MMSE)只適用於稠密 信道，使得其對短波信道估計性能不夠理想，而且需要插入較多的導頻信號，因此頻譜利用 率較低。
[0005] 壓縮感知（CS,CompressedSensing)理論是一種新興起的信號壓縮採樣技術，該 理論的核心問題是使用基追蹤、貪婪算法解決稀疏信號的重構問題。壓縮感知理論指出只 要信號是可壓縮的或在某個變換域下能夠被稀疏表示，那麼就可以用一個與變換基不相 關的觀測矩陣將變換所得高維信號投影到一個低維空間上並且可從這些少量的測量數據 中以高概率重構出該信號。信道估計問題也是一種信號重建問題，因此可以將壓縮感知理 論用於短波信道估計中，充分利用短波信道的稀疏性，並結合信號重建算法進行短波信道 的重建。
【發明內容】
[0006] 針對以上現有技術中的不足，本發明的目的在於提供一種提高頻譜利用率，有效 降低系統誤碼率，提高系統性能的信道估計方法，本發明的技術方案如下：一種基於壓縮感 知的短波0FDM抑制幹擾聯合信道估計方法，其包括以下步驟：
[0007] 101、在發送端，設短波正交頻分復用系統0FDM中有N個子載波，待發送的二進位 數據序列依次經過通過QPSK/QAM調製、串/並變換、插入M個梳狀導頻、IFFT離散反傅裡 葉變換、添加循環前綴CP、並完成並/串變換步驟後發送給短波信道，其中所述短波信道有 高斯白噪聲AWG和強單音幹擾n(t)，經過短波信道後發送給接收端；
[0008] 102、接收端接收到數據後，依次進行串/並變換、去掉循環前綴CP、FFT離散傅裡 葉變換、強單音幹擾抑制及信道估計步驟、提取導頻處的信號、並/串變換及QPSK/QAM解調 得到接收數據；
[0009] 102、根據壓縮感知理論對短波信道建立稀疏模型，構建觀測矩陣T使得T滿足受 限等距RIP，根據重構算法MCoSaMP進行短波信道h的重構，進而得到信道頻域響應H，實現 信道估計。
[0010] 進一步的，步驟101中發送端插入的M個導頻信號滿足：M彡入Slog(L/S)，其中入 為常數，L是短波信道長度，S是短波信道稀疏度。
[0011] 進一步的，步驟102中的強單音幹擾抑制方法包括以下步驟：
[0012] (1)接收端根據所接收到的M個導頻符號值進行幹擾估計的閾值設定；
[0013] (2)通過閾值比較判斷該導頻子載波處是否存在強單音幹擾，若存在則令該處導 頻符號接收值Yk等於其前後導頻符號接收值的平均數，S卩，否則Yk不變，當 k彡M時停止單音幹擾檢測；
【權利要求】
1. 一種基於壓縮感知的短波OFDM抑制幹擾聯合信道估計方法，其特徵在於，包括以下 步驟： 101、 在發送端，設短波正交頻分復用系統OFDM中有N個子載波，待發送的二進位數據 序列依次經過通過QPSK/QAM調製、串/並變換、插入M個梳狀導頻、IFFT離散反傅立葉變 換、添加循環前綴CP、並完成並/串變換步驟後發送給短波信道，其中所述短波信道有高斯 白噪聲AWG和強單音幹擾n(t)，經過短波信道後發送給接收端； 102、 接收端接收到數據後，依次進行串/並變換、去掉循環前綴CP、FFT離散傅立葉變 換、強單音幹擾抑制及信道估計步驟、提取導頻處的信號、並/串變換及QPSK/QAM解調得到 接收數據； 102、根據壓縮感知理論對短波信道建立稀疏模型，構建觀測矩陣T使得T滿足受限等 距RIP，根據重構算法MCoSaMP進行短波信道h的重構，進而得到信道頻域響應H，實現信道 估計。
2. 根據權利要求1所述的基於壓縮感知的短波OFDM抑制幹擾聯合信道估計方法，其特 徵在於，步驟101中發送端插入的M個導頻信號滿足：M彡入Slog(L/S)，其中入為常數，L 是短波信道長度，S是短波信道稀疏度。
3. 根據權利要求1所述的基於壓縮感知的短波OFDM抑制幹擾聯合信道估計方法，其特 徵在於，步驟102中的強單音幹擾抑制方法包括以下步驟： (1) 接收端根據所接收到的M個導頻符號值進行幹擾估計的閾值設定； (2) 通過閾值比較判斷該導頻子載波處是否存在強單音幹擾，若存在則令該處導頻符 號接收值Yk等於其前後導頻符號接收值的平均數，S卩
，否則Yk不變，當k>M 時停止單音幹擾檢測； (3) 更新導頻符號的接收值Y。
4. 根據權利要求1所述的基於壓縮感知的短波OFDM抑制幹擾聯合信道估計方法，其特 徵在於，步驟103中的重構算法MCoSaMP進行短波信道h的重構過程如下： ⑴首先進行初始化：h=YMX1，&表示殘差，YMX1表示由M個導頻符號得到的測量向 量，觀測矩陣T=XMXMFM>a，XMXM表示發送的M個導頻符號，FMm表示M個導頻處對應的FFT 離散傅立葉矩陣.候選集兀=0，支撐集V= 0 ; (2) 計算，其中Uj表示觀測矩陣的列向量與殘差的相關值，T+= (fir1. TH表示觀測矩陣T的偽逆矩陣?，更新候選集' =5即口(11』，25)U，其中Supp(Uj，2S) 表示+中最大的2S個較大值對應的位置； (3) 用最小二乘LS算法得信道估計中間結果：
，<表示候選集 '的補集； (4) 更新非零信道係數位置集合的方法：支撐集
，表示選取S個最大 值放入支撐集V中； (5) 當前估計值：
(6) 更新殘差
(7) 當￥」=Vm或j=jmax時終止迭代，輸出
> 至此完成整個信道 估計過程；否則j=j+1並轉至⑵。
5. 根據權利要求3所述的基於壓縮感知的短波OFDM抑制幹擾聯合信道估計方法，其特 徵在於，所述強單音幹擾抑制的閾值設置為
6. 根據權利要求4所述的基於壓縮感知的短波OFDM抑制幹擾聯合信道估計方 法，其特徵在於，所述觀測矩陣T是部分傅立葉矩陣，並且滿足受限等距RIP性質：
〇s e (〇, 1)。
【文檔編號】H04L25/02GK104410590SQ201410836488
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月29日 優先權日:2014年12月29日
【發明者】韋世紅, 孟婷婷, 唐宏, 周小宇, 李麗, 薛真真 申請人:重慶郵電大學