[发明专利]一种水声稀疏信道估计变步长稀疏度自适应匹配追踪方法

说明书

本发明公开了一种水声稀疏信道估计变步长稀疏度自适应匹配追踪方法，充分利用水声信道稀疏多径特性，避免传统信道估计技术中导频数目过多造成频谱资源的浪费。并且该方法无需稀疏度作为先验信息，通过步长扩充支撑集，迭代终止时支撑集大小即为估计稀疏度。此外，融入分阶段思想和变步长，将信号重构过程划分为多个阶段，在某一阶段支撑集原子数目保持恒定，相邻阶段通过不同大小的步长逐步扩充支撑集。本发明在不显著增加计算量的前提下提高恢复准确度，即在重构精度和计算复杂度之间获得更优权衡；与现有的经典贪婪算法相比，本发明无需稀疏度作为先验信息，同时步长自适应变化能够兼顾算法精度和运行效率。

技术领域

本发明属于水声通信领域，涉及一种应用于水声通信系统的信道估计方法，更为具体的说，是涉及一种基于压缩感知的变步长稀疏度自适应匹配追踪方法。

背景技术

鉴于声波在水中良好的传播特性，现阶段水下无线通信多以声波作为信息传输载体。然而水声信道是时间、空间和频率变化的复杂信道，其带宽有限、多途扩展严重等特性严重影响声信号传播。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术作为一项多载波调制技术，能够有效对抗多径干扰，并且具有较高的频谱利用率和传输速率，将其应用于水声通信可获得较好的性能。然而水下环境变化、传输距离增加、多普勒频移显著，发射信号经过信道将发生畸变，接收端为恢复原始发送信号，需了解信道状态信息，因此信道估计必不可少。基于导频的传统信道估计技术认为水声信道稠密多径，导频间隔需满足二维Nyquist采样定理。根据水声信道建模结果，例如：AdamZielinski.Performance Analysis of Digital Acoustic Communication in a ShallowWater Channel[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering,1995,20(4):293-299.水声信道具有稀疏性，即信道多数抽头系数为零或近似为零，信道能量集中于少量显著抽头，因此大部分采样数据没有实质信息，而过多的导频数目造成频谱资源的浪费。近年来出现的压缩感知是针对稀疏信号的一种新型获取理论，压缩感知认为：若信号在某一变换域可稀疏表示，则可利用一个与变换基不相关的观测矩阵将高维信号映射到低维空间，在接收端通过重构算法进行恢复。