一种基于压缩感知的短波ofdm抑制干扰联合信道估计方法
【专利摘要】本发明请求保护一种基于压缩感知的短波OFDM抑制干扰联合信道估计方法，涉及短波通信领域及移动通信【技术领域】。该方法的包括如下步骤：步骤一：接收端获得发送端发送的的M个导频信号的接收值YM×1；步骤二：强单音干扰抑制；步骤三：根据重构算法MCoSaMP进行短波信道h的重构,得到短波信道频域响应H。本发明提供的信道估计方法不仅可以比传统的信道估计方法使用更少的导频符号，提高频谱利用率，而且通过抑制短波信道中的强单音干扰可以有效降低信道估计误差，提高信道估计的性能。
【专利说明】一种基于压缩感知的短波OFDM抑制干扰联合信道估计方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及短波通信领域及移动通信【技术领域】，尤其涉及一种基于压缩感知的短 波0FDM抑制干扰联合信道估计方法。
【背景技术】
[0002] 短波通信主要依靠天波传播，而天波传播是依赖于电离层对电磁波的反射来实现 的，所以短波信道的特征与电离层的变化特征密切相关。影响电离层的因素主要有太阳黑 子数、季节、昼夜、发射机和接收机的地理位置等，由于电离层的不规则运动以及电离层浓 度及厚度的不断变化，电磁波在传播过程中会产生多径和多普勒等效应，从而导致短波信 道成为频率选择性和时间选择性信道。除此之外，短波通信还受到一种强单音信号的干扰。 因而，在短波通信中接收信号通常会受到短波信道的影响而被错误判断接收。因此，需要一 种性能较好的信道估计技术对短波信道进行估计，然后进行信道均衡从而使接收端能够正 确接收发送端发送的信号。
[0003] 研究发现，正交频分复用技术（0FDM)应用于短波通信系统能够有效缓解短波信 道频谱资源稀缺（短波频谱只有3MHZ-30MHZ的频谱范围）及多径衰落的问题，具有重要 的实用价值。0FDM系统中使用较多的信道估计技术是基于导频符号的信道估计方法。其估 计过程如下：
[0004] 首先在发送端发送P个已知的导频符号xp，经过0FDM系统后，接收端收到P个接 收信号Yp;然后利用传统的最小二乘（LS)或者最小均方误差（MMSE)技术进行导频子载波 处的信道频域响应I;最后经过插值算法（如线性插值、线性滤波插值、基于DFT的插值等） 求出其它数据子载波处的信道频域响应，从而完成对整个信道的频域响应的估计。然而，现 有的信道估计技术往往只考虑加性高斯白噪声（AWG)对系统的影响，LS估计方法甚至没有 考虑AWG的影响。而实际上短波信道频带内存在大量的强单音干扰，会直接破坏0FDM信号 结构，如不采取必要的干扰抑制手段，就会影响信道估计的准确性，最终降低系统的传输性 能。另外，短波信道实际是一种稀疏信道，而传统的信道估计方法（LS、MMSE)只适用于稠密 信道，使得其对短波信道估计性能不够理想，而且需要插入较多的导频信号，因此频谱利用 率较低。
[0005] 压缩感知（CS,CompressedSensing)理论是一种新兴起的信号压缩采样技术，该 理论的核心问题是使用基追踪、贪婪算法解决稀疏信号的重构问题。压缩感知理论指出只 要信号是可压缩的或在某个变换域下能够被稀疏表示，那么就可以用一个与变换基不相 关的观测矩阵将变换所得高维信号投影到一个低维空间上并且可从这些少量的测量数据 中以高概率重构出该信号。信道估计问题也是一种信号重建问题，因此可以将压缩感知理 论用于短波信道估计中，充分利用短波信道的稀疏性，并结合信号重建算法进行短波信道 的重建。
【发明内容】
[0006] 针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种提高频谱利用率，有效 降低系统误码率，提高系统性能的信道估计方法，本发明的技术方案如下：一种基于压缩感 知的短波0FDM抑制干扰联合信道估计方法，其包括以下步骤：
[0007] 101、在发送端，设短波正交频分复用系统0FDM中有N个子载波，待发送的二进制 数据序列依次经过通过QPSK/QAM调制、串/并变换、插入M个梳状导频、IFFT离散反傅里 叶变换、添加循环前缀CP、并完成并/串变换步骤后发送给短波信道，其中所述短波信道有 高斯白噪声AWG和强单音干扰n(t)，经过短波信道后发送给接收端；
[0008] 102、接收端接收到数据后，依次进行串/并变换、去掉循环前缀CP、FFT离散傅里 叶变换、强单音干扰抑制及信道估计步骤、提取导频处的信号、并/串变换及QPSK/QAM解调 得到接收数据；
[0009] 102、根据压缩感知理论对短波信道建立稀疏模型，构建观测矩阵T使得T满足受 限等距RIP，根据重构算法MCoSaMP进行短波信道h的重构，进而得到信道频域响应H，实现 信道估计。
[0010] 进一步的，步骤101中发送端插入的M个导频信号满足：M彡入Slog(L/S)，其中入 为常数，L是短波信道长度，S是短波信道稀疏度。
[0011] 进一步的，步骤102中的强单音干扰抑制方法包括以下步骤：
[0012] (1)接收端根据所接收到的M个导频符号值进行干扰估计的阈值设定；
[0013] (2)通过阈值比较判断该导频子载波处是否存在强单音干扰，若存在则令该处导 频符号接收值Yk等于其前后导频符号接收值的平均数，S卩，否则Yk不变，当 k彡M时停止单音干扰检测；
【权利要求】
1. 一种基于压缩感知的短波OFDM抑制干扰联合信道估计方法，其特征在于，包括以下 步骤： 101、 在发送端，设短波正交频分复用系统OFDM中有N个子载波，待发送的二进制数据 序列依次经过通过QPSK/QAM调制、串/并变换、插入M个梳状导频、IFFT离散反傅里叶变 换、添加循环前缀CP、并完成并/串变换步骤后发送给短波信道，其中所述短波信道有高斯 白噪声AWG和强单音干扰n(t)，经过短波信道后发送给接收端； 102、 接收端接收到数据后，依次进行串/并变换、去掉循环前缀CP、FFT离散傅里叶变 换、强单音干扰抑制及信道估计步骤、提取导频处的信号、并/串变换及QPSK/QAM解调得到 接收数据； 102、根据压缩感知理论对短波信道建立稀疏模型，构建观测矩阵T使得T满足受限等 距RIP，根据重构算法MCoSaMP进行短波信道h的重构，进而得到信道频域响应H，实现信道 估计。
2. 根据权利要求1所述的基于压缩感知的短波OFDM抑制干扰联合信道估计方法，其特 征在于，步骤101中发送端插入的M个导频信号满足：M彡入Slog(L/S)，其中入为常数，L 是短波信道长度，S是短波信道稀疏度。
3. 根据权利要求1所述的基于压缩感知的短波OFDM抑制干扰联合信道估计方法，其特 征在于，步骤102中的强单音干扰抑制方法包括以下步骤： (1) 接收端根据所接收到的M个导频符号值进行干扰估计的阈值设定； (2) 通过阈值比较判断该导频子载波处是否存在强单音干扰，若存在则令该处导频符 号接收值Yk等于其前后导频符号接收值的平均数，S卩
，否则Yk不变，当k>M 时停止单音干扰检测； (3) 更新导频符号的接收值Y。
4. 根据权利要求1所述的基于压缩感知的短波OFDM抑制干扰联合信道估计方法，其特 征在于，步骤103中的重构算法MCoSaMP进行短波信道h的重构过程如下： ⑴首先进行初始化：h=YMX1，&表示残差，YMX1表示由M个导频符号得到的测量向 量，观测矩阵T=XMXMFM>a，XMXM表示发送的M个导频符号，FMm表示M个导频处对应的FFT 离散傅里叶矩阵.候选集兀=0，支撑集V= 0 ; (2) 计算，其中Uj表示观测矩阵的列向量与残差的相关值，T+= (fir1. TH表示观测矩阵T的伪逆矩阵?，更新候选集' =5即口(11』，25)U，其中Supp(Uj，2S) 表示+中最大的2S个较大值对应的位置； (3) 用最小二乘LS算法得信道估计中间结果：
，<表示候选集 '的补集； (4) 更新非零信道系数位置集合的方法：支撑集
，表示选取S个最大 值放入支撑集V中； (5) 当前估计值：
(6) 更新残差
(7) 当￥」=Vm或j=jmax时终止迭代，输出
> 至此完成整个信道 估计过程；否则j=j+1并转至⑵。
5. 根据权利要求3所述的基于压缩感知的短波OFDM抑制干扰联合信道估计方法，其特 征在于，所述强单音干扰抑制的阈值设置为
6. 根据权利要求4所述的基于压缩感知的短波OFDM抑制干扰联合信道估计方 法，其特征在于，所述观测矩阵T是部分傅里叶矩阵，并且满足受限等距RIP性质：
〇s e (〇, 1)。
【文档编号】H04L25/02GK104410590SQ201410836488
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】韦世红, 孟婷婷, 唐宏, 周小宇, 李丽, 薛真真 申请人:重庆邮电大学