基于結(jié)構(gòu)化稀疏特性的水聲信道估計技術(shù)研究.pdf

1、水聲信道具有時-空-頻變性、帶寬有限、多徑干擾嚴重，是迄今為止最復(fù)雜的無線信道。正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)特別適合于帶寬有限的水聲信道，可有效對抗多徑造成的碼間干擾。隨著通信距離的增加，信道狀態(tài)不斷惡化，造成接收信號在幅度、相位和頻率上的失真。所以需要利用信道估計技術(shù)對信道狀態(tài)進行跟蹤，并對接收到的信號進行補償。本文主要研究基于OFDM系統(tǒng)的水聲信道估計技術(shù)。
　　在傳統(tǒng)的水聲信道估計中，均假設(shè)是豐富多徑信道，使用奈奎斯特采樣定

2、理對信道沖擊響應(yīng)進行采樣，需要插入大量的導(dǎo)頻進行信道估計，降低系統(tǒng)信息傳輸速率和頻譜利用率。壓縮感知理論(Compressive Sensing, CS)打破了傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣定理，在采樣的同時對信號進行壓縮，使用少量的采樣值就能高概率的重構(gòu)出原始信號。使用標準 CS理論進行估計是基于稀疏水聲信道模型。然而大量海洋實驗表明：由于海底介質(zhì)的非均勻性，導(dǎo)致聲線以塊的形式進行傳播，水聲信道呈現(xiàn)出塊結(jié)構(gòu)稀疏特性。由于水聲信道具有內(nèi)在塊結(jié)構(gòu)稀疏

3、特性，因此可以將信道估計問題轉(zhuǎn)化為塊結(jié)構(gòu)稀疏信號重構(gòu)問題，使用結(jié)構(gòu)化壓縮感知理論對信道進行塊稀疏采樣和重構(gòu)。大幅降低了信道重構(gòu)所需插入的導(dǎo)頻數(shù)量，提高了系統(tǒng)頻帶利用率，且避免了對無用零抽頭的估計，提高了重構(gòu)的效率。
　　本文首先介紹水聲信道自身的物理特性和OFDM系統(tǒng)的基本通信原理，在射線理論的基礎(chǔ)上構(gòu)建水聲相干多徑信道模型，簡單介紹了傳統(tǒng)的最小二乘(Least Square, LS)信道估計方法。接著重點介紹壓縮感知理論，在此基

4、礎(chǔ)上描述了塊結(jié)構(gòu)稀疏信號的概念及其相關(guān)的重構(gòu)算法，重點介紹了經(jīng)典的塊正交匹配追蹤(Block Orthogonal Matching Pursuit, BOMP)算法。引入多項正交匹配思想，將改進的BOMP算法應(yīng)用于水聲信道估計中?；趯?dǎo)頻的信道估計方法計算簡單，易于實現(xiàn)，得到了廣泛的應(yīng)用。本文使用基于導(dǎo)頻的信道估計方法，將傳統(tǒng)的LS，基于稀疏模型的正交匹配追蹤(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)，基于塊