一種水聲正交頻分復用的信道估計方法

2023-12-06 10:51:11

專利名稱：一種水聲正交頻分復用的信道估計方法
技術領域：
本發明屬於水聲通信領域，具體涉及一種信道估計中降低高斯噪聲和減小插值誤差的信道估計方法。
背景技術：
正交頻分復用(OrthogonalFrequency Division Multiplying, OFDM)技術是一種高速率的無線傳輸技術，它能夠有效地抑制符號間幹擾，在水聲通信中應用廣泛。水聲通信環境由於其特殊性，信息的傳遞需經過時變和頻率選擇性衰落信道，在接收端要實現解調恢復，必須得知信道的相關信息，因此信道估計對於OFDM系統非常重要。OFDM水聲通信中，水聲信道固有的噪聲對信道估計的影響比較大，通過濾波的方法進行處理，只能降低系統工作頻帶外噪聲的幹擾，對工作頻帶內的噪聲無法進行抑制。從 理論上講，採用MMSE準則的信道估計器考慮了信道噪聲的影響，但是其需要知道信道的統計特性，並且涉及到矩陣的求逆運算，計算量大且不易在實際系統中實現。目前已有許多學者對水聲OFDM信道估計問題展開了研究。例如一種基於最小二乘法(LS)的估計結果，並且運用小波降噪方法抑制信道噪聲，這種方法彌補了最小二乘法對噪聲敏感的缺陷，但沒有考慮信道時變的影響。也有研究人員對插值後的信道頻響進行小波降噪，這種方法雖然提高了系統性能，但是將插值噪聲也當做信道噪聲處理，影響了小波降噪的效果。把導頻訓練序列映射到高維空間，並在高維空間採用結構小波核函數，達到了將低維空間的非線性估計轉化為高維空間的線性估計的目的。在快衰落信道條件下，該方法優於傳統的信道插值方法，但該方法計算複雜度稍高，抑制噪聲的性能不足。在OFDM信道估計中，為抑制信道噪聲，研究人員還對小波基的選擇、分解層數對降噪性能的影響進行了對比分析，小波降噪方法在OFDM信道估計中抑制加性幹擾的有效手段。
此外，OFDM信道估計在考慮加性幹擾的同時，還要綜合考慮插值誤差帶來的噪聲以及信道時變。採用判決迭代的方式是對抗信道時變的有效方法。採用疊加序列進行信道實時估計，利用判決結果更新信道，但該方法需要增加發射功率。也可以採用了分集的方式，利用判決增加了導頻信號的數量，經過幾次迭代以後可以提高信道估計精度。採用了自適應頻域判決反饋迫零均衡的方法，利用糾錯碼改善深度衰落子載波的信噪比。目前，諸多OFDM中的判決信道均衡方法都是針對乘性幹擾。

發明內容
本發明的目的在於提出一種降低噪聲影響、誤差更小、精度更高的基於小波降噪和判決反饋均衡的信道估計方法。本發明的目的是這樣實現的本發明包括如下步驟(I)在正交頻分復用發送端的符號中插入梳狀導頻序列，在接收端採用基於最小二乘法的信道估計方法得到導頻位置處的信道頻響估計；
(2)利用小波降噪法對導頻信道頻響估計進行降噪處理，對信道頻響進行小波分解得到分解係數，在各分解係數內進行閾值降噪，對降噪後的係數進行重構，得到降噪後的信道頻響；(3)對降噪後的信道頻響採用離散傅立葉變換插值法獲得數據子載波的信道頻響；(4)利用數據子載波的信道頻響均衡接收數據，對均衡後的數據進行解碼後重新調製，將梳狀導頻轉換為塊狀導頻，採取塊狀最小均方誤差的信道均衡方法對接收數據進行判決反饋均衡。閾值降噪包括，對於高頻序列的小波分解係數，進行基於Stein無偏似然估計原理的自適應閾值選擇，求出每個閾值對應的風險值，選取使風險最小的閾值；對於低頻序列的小波分解係數，根據信號能量選擇閾值T :
權利要求
1.一種水聲正交頻分復用的信道估計方法，其特徵在於，包括如下步驟 (1)在正交頻分復用發送端的符號中插入梳狀導頻序列，在接收端採用基於最小二乘法的信道估計方法得到導頻位置處的信道頻響估計； (2)利用小波降噪法對導頻信道頻響估計進行降噪處理，對信道頻響進行小波分解得到分解係數，在各分解係數內進行閾值降噪，對降噪後的係數進行重構，得到降噪後的信道頻響； (3)對降噪後的信道頻響採用離散傅立葉變換插值法獲得數據子載波的信道頻響； (4)利用數據子載波的信道頻響均衡接收數據，對均衡後的數據進行解碼後重新調製，將梳狀導頻轉換為塊狀導頻，採取塊狀最小均方誤差的信道均衡方法對接收數據進行判決反饋均衡。
2.根據權利要求I所述的一種水聲正交頻分復用的信道估計方法，其特徵在於所述的閾值降噪包括，對於高頻序列的小波分解係數，進行基於Stein無偏似然估計原理的自適應閾值選擇，求出每個閾值對應的風險值，選取使風險最小的閾值；對於低頻序列的小波分解係數，根據信號能量選擇閾值T :
3.根據權利要求2所述的一種水聲OFDM中基於小波降噪和判決反饋均衡的信道估計方法，其特徵在於，所述的自適應閾值包括無偏估計門限、固定門限、啟發門限、極大極小門限， 當信道噪聲獨立同分布時，採用無偏估計門限為
4.根據權利要求I或2所述的一種水聲正交頻分復用的信道估計方法，其特徵在於，所述離散傅立葉變換插值法包括下列步驟 (1)將含有噪聲的頻域導頻信道估計值經過反傅立葉變換到時域； (2)在時域對信道時域衝激響應根據循環前綴長度進行截短處理，進行高倍傅立葉變換變換到頻域，獲得所有子載波的信道頻響。
全文摘要
本發明屬於水聲通信領域，具體涉及一種信道估計中降低高斯噪聲和減小插值誤差的信道估計方法。本發明包括如下步驟(1)採用基於最小二乘法的信道估計方法得到信道頻響估計；(2)利用小波降噪法對導頻信道頻響估計進行降噪處理，得到降噪後的信道頻響；(3)對降噪後的信道頻響採用離散傅立葉變換插值法獲得數據子載波的信道頻響；(4)利用數據子載波的信道頻響均衡接收數據，對均衡後的數據進行解碼後重新調製，將梳狀導頻轉換為塊狀導頻，採取塊狀最小均方誤差的信道均衡方法對接收數據進行判決反饋均衡。本發明降低了信道噪聲對信道估計的影響，降低了插值誤差，提高了判決性能，提高了信道估計的精度。
文檔編號H04B13/02GK102724147SQ20121021464
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月27日 優先權日2012年6月27日
發明者喬鋼, 劉凇佐, 周鋒, 孫宗鑫, 廖佳玲, 張可, 章佳榮, 鄭彩雲, 馬璐, 馬雪飛 申請人:哈爾濱工程大學