一种基于数据拟合的水声OFDM信道重构方法与流程

本发明涉及的是一种自适应水声通信方法，具体地说是一种水声ofdm信道重构方法。

背景技术：

水声信道的时变、空变、频变特性使其成为复杂的快速变化的无线信道，为保证系统在各种信道条件下均能达到预期的性能，水声信道的调制和编码等参数往往釆用的是根据信道状态最差条件来设计的固定方式，这个导致信道容量无法得到充分利用。因此，如果能根据水声信道时-空-频变的特性，采用自适应调制和参数选择，适时地利用有利信道条件、规避不利信道条件，能使通信信道容量得以充分利用。而自适应调制的基础就是获得有效的信道状态信息，由于水声信道容量有限，反馈的信道状态信息数据量不能太大，因此对反馈的信道状态信息进行重构是十分有必要的。

而传统的水声ofdm信道重构方法是对信道状态信息进行分组量化，例如：journalofcommunications&networks杂志2016发表的“adaptiveofdmawithpartialcsifordownlinkunderwateracousticcommunications”论文中就是采用分组量化的方法，以16个子载波为一组，采用16比特均匀量化，对信道进行重构。但是当一个ofdm符号内的子载波数量较多时，分组量化的信道重构方法并不能在保证低反馈开销的情况下很好的兼顾重构的精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种反馈开销低，信道重构精度高的基于数据拟合的水声ofdm信道重构方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)对接收端的ofdm信号进行稀疏信道估计，计算出信道状态信息γ；

(2)利用多项式拟合的方法对信道状态信息进行数据拟合；

(3)选择合适的拟合阶数对信道状态信息进行重构；

(4)反馈重构后的信道状态信息。

本发明还可以包括：

1.所述的对接收端的ofdm信号进行稀疏信道估计是通过正交匹配踪算法对水声信道进行稀疏信道估计，将估计出的时域信道h通过傅里叶变换转换成频域信道h。

2.所述的计算出信道状态信息γ的计算公式为：

其中n0为噪声功率谱密度。

3.所述的数据拟合具体为：对于已知变量x及其函数值y，其特征用某种形式的函数：

y＝f(x,a1,a2,...,an)

来作为未知函数关系的近似表达式，其中a1,a2,...,an为待定常数；点对(xi,yi)的n-1次的多项式拟合公式为：

y＝anx^n-1+an-1x^n-2+...+a2x+a1+ε

ε是随机误差，服从正态分布；

把信道状态信息γ作为函数值y，得到信道状态信息γ关于已知变量x的多项式：

γ＝anx^n-1+an-1x^n-2+...+a2x+a1+ε。

4.所述的合适的拟合阶数选择5，重构后的信道状态信息表示为：

本发明提出了一种新的水声ofdm信道重构方案——基于数据拟合的水声ofdm信道重构方法。本发明的有益效果在于：

本发明的基于数据拟合的水声ofdm信道重构方法中，在自适应ofdm系统下，对信道状态信息进行多项式数据拟合，在采用较低的拟合阶数进行信道重构的条件下，既降低了反馈开销，也较好的保证了重构后的反馈信道精度。本发明所述的低开销的水声ofdm信道重构方法，简单易行，计算量小，既能较大的降低反馈开销，又能同时保证反馈信道的精度。

附图说明

图1为基于数据拟合的水声ofdm信道重构方法原理图；

图2为压缩测量原理图。

具体实施方式

本发明在自适应ofdm系统下，提出了一种新的信道重构方法——基于数据拟合的信道重构方法，这种方法简单易行，计算量小，既能较大的降低反馈开销，又能同时保证反馈信道的精度。本发明的基于数据拟合的水声ofdm信道重构方法，包括如下四个步骤：

步骤1：对接收端的ofdm信号进行稀疏信道估计，计算出信道状态信息γ；

步骤2：利用多项式拟合的方法对信道状态信息进行数据拟合；

步骤3：选择合适的拟合阶数对信道状态信息进行重构；

步骤4：反馈重构后的信道状态信息。

在自适应ofdm系统中，信道反馈是十分重要的环节，对反馈的信道状态信息进行重构十分关键，基于数据拟合的信道重构方法简单易行，计算量小，既能较大的降低反馈精度，又能同时保证反馈信道的精度。下面举例对本发明做更详细的描述：

步骤1：对接收端的ofdm信号进行稀疏信道估计，计算出信道状态信息γ。

通过正交匹配踪算法对水声信道进行稀疏信道估计，将估计出的时域信道h通过傅里叶变换转换成频域信道h，则信道状态信息可表示为γ：

其中n0为噪声功率谱密度。

步骤2：利用多项式拟合的方法对信道状态信息进行数据拟合；

数据拟合的具体实现方法为对于已知变量x及其函数值y，其特征可用某种形式的函数：

y＝f(x,a1,a2,...,an)

来作为未知函数关系的近似表达式，其中a1,a2,...,an为待定常数。点对(xi,yi)的n-1次的多项式拟合公式为：

y＝anx^n-1+an-1x^n-2+...+a2x+a1+ε

ε是随机误差，服从正态分布。

因此我们只需要把信道状态信息γ作为函数值y，得到信道状态信息γ关于已知变量x的多项式：

γ＝anx^n-1+an-1x^n-2+...+a2x+a1+ε

步骤3：选择合适的拟合阶数对信道状态信息进行重构；

假设对信道状态信息γ进行5阶数据拟合，则重构后的信道状态信息可表示为：

步骤4：反馈重构后的信道状态信息；

假设对信道状态信息γ进行5阶数据拟合，则由步骤3可知只需反馈6个多项式常数a1,a2,a3,a4,a5,a6即可，反馈开销大大减少。