一种定时偏移估计度量的重构方法
【专利摘要】本发明公开了一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，包括：(a)根据定时偏移估计度量“成块”特性优选压缩采样的测量矩阵；(b)利用优选的测量矩阵进行压缩采样；(c)根据压缩采样并结合定时偏移估计度量“成块”特性，重构出定时偏移估计度量；(d)利用重构出的定时偏移估计度量，估计出定时偏移。通过本发明方案，可有效提高压缩采样下定时偏移估计度量的重构精度，继而提高压缩采样下定时偏移估计的估计精确性。
【专利说明】一种定时偏移估计度量的重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信系统中压缩采样后定时偏移估计度量的重构技术，特别是指一种 开发定时偏移估计度量的"成块"特性进行定时偏移估计度量重构，进而提高重构精度的方 法。
【背景技术】
[0002] 在通信系统中，不精确的时间同步会引起诸如误码率、系统容量、中断概率等系统 性能的严重下降。为降低不精确的时间同步对通信系统性能的影响，需要对定时偏移进行 精确的估计。
[0003] 在进行定时偏移估计时，将用于估计定时偏移的定时度量称为"定时偏移估计度 量"。利用训练序列对定时偏移进行估计是通信系统中常用的估计方法，该方法估计所采用 的定时偏移估计度量通常具有稀疏特性。也就是说，定时偏移的估计度量只有少数的幅度 值较大（不可忽略），而其他的幅度值很小（可以忽略）。同时，近年来出现的压缩感知理 论指出，只要信号是可压缩的或在某个变换域是稀疏的，便可以采用压缩感知技术以远小 于奈奎斯特采样速率进行采样而不损失信号信息。因此，可利用压缩感知方法对定时偏移 估计度量进行压缩采样，从而降低估计所需的采样速率、降低对采样器件的要求。
[0004] 根据压缩采样得到的信号，利用稀疏信号的重构方法，可重构出定时偏移估计度 量。然而，现有的重构方法，如匹配追踪算法、正交匹配追踪算法、压缩采样匹配追踪算法、 基追踪算法、子空间追踪算法等等，均不是专门针对定时偏移估计度量的重构而提出的，继 而均没有考虑和利用定时偏移估计度量的特性，重构得到定时偏移估计度量的正确重构性 能受到限制。事实上，定时偏移估计度量呈现出"成块"特性。也就是说，在非压缩采样的 情况下，拥有不可忽略的幅度值的估计度量是靠近在一起，而不是分散开来的。
[0005] 为能更好的提高定时偏移估计度量的精度，本发明开发定时偏移估计度量的"成 块"特性，提出一种压缩采样后定时偏移估计度量的重构方法。
【发明内容】
[0006] (一）发明目的
[0007] 本发明的主要目的在于提供一种压缩采样后定时偏移估计度量的重构方法，在进 行重构时开发定时偏移估计度量的"成块"特性，提高定时偏移估计度量的重构精度，进而 提1?定时偏移估计的估计精度。
[0008] (二）技术方案
[0009] -种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在于，包括：
[0010] a)根据定时偏移估计度量"成块"特性构造优选压缩采样的测量矩阵；
[0011] b)利用优选的测量矩阵进行压缩采样；
[0012] c)根据压缩采样并结合定时偏移估计度量"成块"特性，重构出定时偏移估计度 量；
[0013] d)利用重构出的定时偏移估计度量，估计出定时偏移。
[0014] 进一步的，步骤a)所述的定时偏移估计度量是指用于估计定时偏移的定时度量； 所述的定时偏移估计度量"成块"特性是指幅度值不可忽略的K个定时偏移估计度量连在 一起。
[0015] 进一步的，步骤a)包括：
[0016] al)设定定时偏移估计度量Ω的稀疏等级K，压缩后的采样点数M，相关性的门限 取值α ;
[0017] a2)产生MXN的随机分布测量矩阵Φ，并对测量矩阵Φ各行进行正交化、各列进 行单位化处理；
[0018] a3)根据定时偏移估计度量"成块"特性（幅度值不可忽略的K个定时偏移估计度 量连在一起），计算出Φ中距离不超过K的各列间的相关性，并找出这些相关性中的最大值 Corrmax ；
[0019] a4)若Corrmax大于α，返回步骤a2);否则，选择当前构造的测量矩阵Φ为满足要 求的优选测量矩阵。
[0020] 进一步的，步骤al)所述的定时偏移估计度量Ω为NXl的矢量，N为搜索定时 偏移时的搜索长度，根据工程精度要求与工程经验设定；所述的稀疏等级K根据工程经 验或实验结果设定，例如，高斯信道下可取K = 3,多径信道下的每条可分辨路径处可取 K = 3 ;所述的压缩后的采样点数M取值为
【权利要求】
1. 一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在于，包括： a) 根据定时偏移估计度量"成块"特性构造优选压缩采样的测量矩阵； b) 利用优选的测量矩阵进行压缩采样； c) 根据压缩采样并结合定时偏移估计度量"成块"特性，重构出定时偏移估计度量； d) 利用重构出的定时偏移估计度量，估计出定时偏移。
2. 根据权利要求1所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在 于：步骤a)所述的定时偏移估计度量是指用于估计定时偏移的定时度量；所述的定时偏移 估计度量"成块"特性是指幅度值不可忽略的K个定时偏移估计度量连在一起。
3. 根据权利要求1所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在 于，步骤a)进一步包括： al)设定定时偏移估计度量Q的稀疏等级K，压缩后的采样点数M，相关性的门限取值 a ; a2)产生MXN的随机分布测量矩阵O，并对测量矩阵O的各行进行正交化、各列进行 单位化处理； a3)根据定时偏移估计度量"成块"特性计算出O中距离不超过K的各列间的相关性， 并找出这些相关性中的最大值Corrmax ; a4)若Corrmax大于a，返回步骤a2);否则，选择当前构造的测量矩阵O作为优选的压 缩采样测量矩阵。
4. 根据权利要求1所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在 于，步骤b)进一步包括： bl)构建用于压缩采样的优化感知矩阵? ; b2)利用构建的优化感知矩阵?，进行基于AIC(Analog to Information Converter, 模拟信息转换器）结构的压缩采样，获得长度为M的压缩采样信号y。
5. 根据权利要求1所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在 于，步骤c)进一步包括： cl)初始化定时偏移估计度量Q、中间变量矢量V和迭代次数Iter_num，分别取值为 Q = 0、v = y和Iter_num = 0,其中矢量0为NX 1的零矢量； c2)取代理u为u =①Hv ; c3)找到代理u中幅度值最大的元素的位置索引W1 ; c4)在索引集合{1，2,…，N}中找到最靠近位置索引W1的21(个位置索引（包括位置 索引W1),形成位置索引集合S1 ; c5)更新融合集合T为：T = supp { Q } U S1 ; c6)更新稀疏估计矢量b中对应于融合集合T所述位置索引的元素为：b|T ; c7)将稀疏估计矢量b中位置索引在融合集合T之外的元素置为0,即Mr =0 I c8)在稀疏估计矢量b中，找到幅度值最大的元素的位置索引W2 ; c9)在索引集合{1，2,…，N}中找到最靠近位置索引^的1(个位置索引（包括位置索 引W2),形成位置索引集合S2; cio)将稀疏估计矢量b中位置索引在位置索引集合S2之外的元素置为〇,即_ss = 01 Cll)将定时偏移估计度量Q更新为稀疏估计矢量b，即取Q = b ; cl2)更新中间变量矢量V为V = y-①Q ; cl3)迭代次数 Iter_num 增加 1 次，即 Iter_num = Iter_num+1 ; cl4)判断迭代次数Iter_num是否达到了 K次，若达到了 K次，也即是Iter_num彡K则 取当前的Q为最终重构出的定时偏移估计度量；否则，返回步骤c2)。
6. 根据权利要求1所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在 于，步骤d)进一步包括： dl)根据重构出的定时偏移估计度量Q中各元素的幅度值I Qn|，n = 1，2,…，N，并 形成幅度值集合{| Q1I，I Q2I，…，I QN|}; d2)根据找到定时偏移估计度量Q中最大幅度值元素对应的位置索引，该索引即为估 计出的定时偏移的估计值。
7. 根据权利要求3所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特 征在于，该方法步骤al)所述的定时偏移估计度量Q为NXl的矢量，N为搜索定时 偏移时的搜索长度，根据工程精度要求与工程经验设定；所述的稀疏等级K根据工程 经验或实验结果设定；所述的压缩后的采样点数M取值为ikf =[2尺l〇g20V/夂f|, 其中符号「II表示对X进行向上取整操作；相关性的门限取值a根据
设定，其中"X ! "表示对正整数X取阶乘运算 操作，常数C根据工程经验设定，满足0 < C < 1。
8. 根据权利要求3所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在 于，该方法步骤a2)所述的随机分布测量矩阵产生方法包括，高斯分布随机矩阵、贝努利分 布随机矩阵、亚高斯随机矩阵和非常稀疏投影矩阵等已有的随机分布测量矩阵产生方法。
9. 根据权利要求3所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征在 于，该方法步骤a3)所述的O的各列间的相关性计算，根据公式
进行计算；其中U (k，1)表示矩阵〇的第k列Ok与第1列叫间的相关性，符号 I ? I I2表示取算子2范数操作，上标"H"表示矩阵或矢量取共轭转置操作。
10. 根据权利要求1和4所述的一种压缩采样下定时偏移估计度量的重构方法，其特征 在于，该方法步骤bl)所述的优化感知矩阵?为? = O V，其中，NXP的定时偏移估计尝 试矩阵W为
P为非压缩采样的情况下（按奈奎斯特采样速率进行采样）接收信号长度，通常取 p彡2N以确保整个训练序列在观察范围内，e = [^，，…，e jT为长度为L的已知的 训练序列，上标"T"表示取转置操作。
【文档编号】H04J3/06GK104333430SQ201410619718
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】卿朝进, 陆晋军, 罗渝平, 董秀成, 孙亮, 张岷涛 申请人:西华大学, 上海理想信息产业（集团）有限公司