[发明专利]一种改进的ROMP水声信道估计算法

说明书

本发明涉及一种改进的ROMP水声信道估计算法。本发明的目的是针对MIMO‑OFDM水声通信系统中子载波的导频信号，基于ROMP(正则化正交匹配追踪)算法的改进，通过选取合适的正则化系数，并将原ROMP(正则化正交匹配追踪)算法的固定步长改为三段步长，来减少迭代次数，获取更加精确的信道估计结果，说明书附图中图1为发明的具体实现流程图。

技术领域：

本发明属于水声通信技术领域，具体地说是基于ROMP(正则化正交匹配追踪)算法的改进，通过选取合适的正则化系数，并将原ROMP算法的固定步长改为三段步长，来获取更加精确的信道估计结果。

背景技术：

声信道是复杂多变的信道，其具有带宽受限和多途时延扩展大等特点。低速率的通信系统已经不能满足人们对海洋通信的需求。MIMO-OFDM通信系统具有稳定高速的特征，这些年，已经被许多学者所重视，在水声通信方面，逐渐的成为研究的热点。MIMO技术既可以通过时空编码提高分集增益，也可以通过空间复用成倍的增大信道容量，MIMO技术虽然具有上述的两大优势，但同时也使得信道变得更加复杂，水声信道的多途干扰和频率选择性衰落问题对MIMO通信系统影响非常大。而OFDM技术可以有效地解决这个问题，OFDM技术在有限带宽中选取多个子载波，则信道也被分成许多个子信道，子信道的带宽比原来信道的相关带宽要小很多，则在通信过程中，其衰落可以被认为是平坦衰落，从而消除了码间干扰。MIMO-OFDM虽然具有一些优势，能够有效地克服水声通信中出现的一些问题。但是，它所使用的MIMO信道也将水声信道的一些特征混合并放大，使得信道状态更难获得。而在接收端对传输信号处理并恢复原始信号都需要知道信道的参数信息。因此，能够准确有效地进行信道估计是通信中的重要一环。

ROMP(正则化正交匹配追踪)算法是一种信道估计中常用的压缩感知信道估计算法，引入了正则化过程对原子进行进一步的筛选，具有稳定性高的特点，但其迭代步长是固定，信号处理速度慢。

本发明通过改变正则化系数来集中能量，增加准确率，并通过设置三段步长来减少迭代次数，能够更加准确有效地进行信道估计。

发明内容：

本发明的目的针对MIMO-OFDM水声通信系统中子载波的导频信号，基于ROMP(正则化正交匹配追踪)算法的改进，通过选取合适的正则化系数，并将原正则化正交匹配追踪算法的固定步长改为三段步长，来减少迭代次数，获取更加精确的信道估计结果。

本发明采用的技术方案是：

第一步：根据ROMP(正则化正交匹配追踪)算法的正交化原则需要选取合适的正则化系数r，根据误码率性能选取合适的正则化系数r，并保证算法收敛，令表示u内积向量。J₀表示筛选原子集，正交化原则体现为式(1)；

|u_i|≤r|u_j|，i,j∈J₀ (1)

第二步：设导频的接收端信号为观测向量y，导频信号矩阵为测量矩阵X，稀疏度为K，初始化迭代次数t＝1，残差r₀＝y，Λ_t表示t次迭代的索引集合，X_t表示按索引Λ_t选出的X矩阵的列集合；

第三步：通过式(2)计算X与残差向量的内积的绝对值；

u＝abs[X^Tr_t-1] (2)

第四步：若0≤||Λ||₀≤1/2K则选择u(i)中K/2个最大的值，将这些值对应X的序列序号j构成集合J中；若1/2K＜||Λ₀||≤3/4K则选择u(i)中K/4个最大的值，将这些值对应X的序列序号j构成集合J中；不然，则选择u(i)中1个最大的值，将这些值对应X的序列序号j构成集合J中；