基于信道预测的TMSBL水声OFDM时变信道估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111147407A(43)申请公布日2020.05.12(21)申请号201911419352.X(22)申请日2019.12.31(71)申请人哈尔滨哈船海洋信息技术有限公司地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街258号哈尔滨船舶电子大世界西区13层1301-1302号(72)发明人孙宗鑫(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人刘景祥(51)Int.Cl.H04L25/02(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图3页(54)发明名称基于信道预测的TMSBL水声OFDM时变信道估计方法(57)摘要本发明提出了基于信道预测的TMSBL水声OFDM时变信道估计方法，所述估计方法包括以下步骤：基于CP-OFDM通信系统模型，将连续块间信道路径的幅度、时延和多普勒因子的变化建模成基于簇的信道偏移参数模型；通过对信道偏移参数的估计，利用前一个符号估计的信道进行补偿来预测当前信道，并根据已知的导频符号虚构出当前信道的虚拟接收向量；构建基于信道预测构建联合估计模型，基于联合估计模型采用TMSBL算法对稀疏信道进行联合估计。本发明在基于簇特征的路径时延、幅度发生明显变化的快时变水声信道下，充分利用相邻块间信道的时变信息，有效提升信道估计的精度，降低了系统的误码率。CN111147407ACN111147407A权利要求书1/5页1.基于信道预测的TMSBL水声OFDM时变信道估计方法，其特征在于，所述估计方法包括以下步骤：步骤一、基于CP-OFDM通信系统模型，将连续块间信道路径的幅度、时延和多普勒因子的变化建模成基于簇的信道偏移参数模型；步骤二、通过对信道偏移参数的估计，利用前一个符号估计的信道进行补偿来预测当前信道，并根据已知的导频符号虚构出当前信道的虚拟接收向量；步骤三、构建基于信道预测构建联合估计模型，基于联合估计模型采用TMSBL算法对稀疏信道进行联合估计。2.根据权利要求1所述的基于信道预测的TMSBL水声OFDM时变信道估计方法，其特征在于，步骤一中，具体的，对于初始的CP-OFDM通信系统模型：假设在一个OFDM块中有K个子载波，且第n个块的第k个子载波上发送的符号是X[k；n]，T表示一个OFDM块的周期，fc是中心频率，Tcp表示循环前缀长度，则第k个子载波频率为fk＝fc+k/T,k＝-K/2,…,K/2-1(1.1)发送的OFDM信号写成其中，q(t)是脉冲成形滤波器，写为水声通信中常用的时变信道模型是其中Npa是多径信道的路径个数，Ap(t；n),τp(t；n),ap(t；n)分别表示第n块上第p条路径的增益、时延和多普勒因子，在一个OFDM块的持续时间内，将Ap(t；n),τp(t；n),ap(t；n)这三个参数假定为常数即：Ap(t；n)＝Ap[n],τp(t；n)＝τp[n],ap(t；n)＝ap[n]，则经过信道接收到的OFDM信号写成其中是加性噪声，经过多普勒补偿和CP-OFDM解调的接收信号表示为：其中，m∈[-K/2,K/2-1]，w[m；n]是频域噪声，系数H[m,k；n]指定了由于时变信道引起的多普勒效应中第k个子载波对第m个子载波FFT输出的影响，表示为：2CN111147407A权利要求书2/5页其中，G(f)表示矩形脉冲成形滤波器的傅里叶变换，bp[n]与ξp[n]分别为残余多普勒因子和复增益：再将系数H[m,k；n]收集到信道混合矩阵H[n]中，将输入-输出关系简化为：Y[n]＝H[n]X[n]+w[n](1.9)其中，Y[n]是第n个接收向量，X[n]是第n个发送向量，w[n]是噪声向量，矩阵Γ为：[Γ(b,)]m,k＝G(fm+-(1+b)fk)，对角矩阵Λ的第k个对角线元素为：3.根据权利要求2所述的基于信道预测的TMSBL水声OFDM时变信道估计方法，其特征在于，步骤一中，具体的，关于基于簇的信道偏移参数模型：将信道路径分为Ncl个簇：其中，Ωi为第i簇中所有路径的集合，假设复增益、时延和残余多普勒因子的变化量在一个簇内满足同一组信道偏移参数{γi,Δτi,Δbi}，在第n块的第i簇中，基于簇信道偏移补偿后的路径参数为：4.根据权利要求3所述的基于信道预测的TMSBL水声OFDM时变信道估计方法，其特征在于，步骤二中，所述信道偏移参数估计基于OMP算法实现，具体的：对于当前块，Yp[n]和Xp[n]分别对应Y[n]和X[n]中的导频元素，是已知的可以被用于估计信道偏移参数，基于式(2.2)的信道偏移参数模型，定义了第i簇的K×K矩阵Bi(·)：符号向量Xp[n]是来自第i簇路径的信道输入，对应的频域输出为Yi[n]＝γiBi(Δτi,Δbi；n)Xp[n].