【摘要】：無線通信傳輸存在多徑衰落等干擾,影響信號(hào)可靠接收,需采用信道估計(jì)予以估計(jì)與補(bǔ)償。但傳統(tǒng)算法未利用信道稀疏性,且現(xiàn)代稀疏估計(jì)算法未充分利用該特性等因素,導(dǎo)致估計(jì)性能較差,精度低,且復(fù)雜度大。針對(duì)上述問題,本學(xué)位論文主要研究了壓縮感知(CS)理論,并采用該理論改進(jìn)了稀疏信道估計(jì),實(shí)現(xiàn)了精確信道估計(jì)。首先,簡(jiǎn)介了信道估計(jì)綜述、關(guān)鍵問題及CS理論等應(yīng)用背景。然后,建立了認(rèn)知無線傳輸信道模型,利用CS理論,建立了稀疏無線信道估計(jì)模型。之后,針對(duì)現(xiàn)有CS稀疏重構(gòu)算法精度低且復(fù)雜度大等缺點(diǎn),提出了三種重構(gòu)算法并應(yīng)用于稀疏信道估計(jì),對(duì)其仿真與分析,驗(yàn)證了其在精度與復(fù)雜度等方面的改進(jìn)與提高。最后,總結(jié)和展望了該算法。全文內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)具體如下:1.針對(duì)現(xiàn)有信道估計(jì)未能充分利用信道稀疏性的缺陷,將CS理論應(yīng)用到信道估計(jì)中,通過重構(gòu)信號(hào)來估計(jì)信道,提出了用CS同倫法實(shí)現(xiàn)估計(jì)信道,提高了算法精度。該算法引入同倫思想,根據(jù)前一次估值逐步得到信號(hào)路徑變化步進(jìn)和方向,得到最終估值。充分應(yīng)用信道自身稀疏特性,獲得更精確估計(jì)。仿真驗(yàn)證了所提算法具有較高重構(gòu)精度及較快收斂速度:較傳統(tǒng)最小二乘(LS)信道估計(jì)提高了估計(jì)精度。在相同重構(gòu)均方誤差下,相對(duì)LS算法獲得信噪比增益近20 dB。同時(shí),增加迭代次數(shù)還可進(jìn)一步減小信號(hào)重構(gòu)均方誤差;2.在現(xiàn)有廣義正交匹配追蹤(GOMP)信道估計(jì)基礎(chǔ)上,針對(duì)其無法保證原子索引支撐集中元素?cái)?shù)目等于信號(hào)稀疏度,提出了針對(duì)迭代稀疏度及時(shí)停止的改進(jìn)GOMP算法,并設(shè)定適當(dāng)?shù)x原子數(shù),提高估計(jì)精度。同時(shí),通過改變重構(gòu)信號(hào)觀測(cè)值數(shù)量,并規(guī)定恢復(fù)信號(hào)與原信號(hào)間的恢復(fù)殘差上限,得到有界等距常數(shù)更精確的范圍,提高重構(gòu)成功率。仿真表明:所提算法較OMP算法計(jì)算時(shí)間減少了四分之三;重建成功概率較GOMP提高了 50%,信道估計(jì)重構(gòu)均方誤差約減少了 15 dB。同時(shí),設(shè)計(jì)適當(dāng)信號(hào)稀疏度及每次迭代選擇的原子數(shù)目,均可使重構(gòu)結(jié)果更精確,從而提高了算法估計(jì)精度;3.因GOMP重構(gòu)原信號(hào)最終只能得到唯一原子索引支撐集,而無法避免選擇到錯(cuò)誤原子而導(dǎo)致重構(gòu)性能降低等缺陷,且在實(shí)踐中無法提前獲知信道稀疏度等困難,提出了改進(jìn)的多路徑稀疏度自適應(yīng)GOMP算法。在重構(gòu)原信號(hào)時(shí),采用多路徑對(duì)原子索引搜索,且無需預(yù)知信號(hào)稀疏度,即可重構(gòu)原信號(hào)。仿真表明:所提多路徑稀疏度自適應(yīng)GOMP算法重構(gòu)精度較現(xiàn)有GOMP算法提升了約1倍,且重構(gòu)成功概率也提高了約3倍�？傊�,本文針對(duì)認(rèn)知無線信道的稀疏特點(diǎn),利用CS理論中的同倫法、改進(jìn)GOMP及改進(jìn)的多路徑稀疏度自適應(yīng)GOMP算法估計(jì)信道沖激響應(yīng)。所提算法不僅可提升估計(jì)精確度,還能降低計(jì)算復(fù)雜度,節(jié)約運(yùn)算時(shí)間,從而提高信道估計(jì)性能。故所提算法非常適合高性能5G等未來認(rèn)知無線通信系統(tǒng)的信道認(rèn)知與估計(jì)等應(yīng)用。
【圖文】：

源［５７］。逡逑在無線通信中，信道特征估計(jì)是對(duì)發(fā)送信號(hào)經(jīng)信道傳輸后產(chǎn)生的時(shí)延、衰減等參數(shù)進(jìn)行逡逑的估計(jì)檢測(cè)［５８］。信道解調(diào)、譯碼等性能均與信道估計(jì)結(jié)果密切相關(guān)。圖２．１為信道估計(jì)系統(tǒng)逡逑模型。經(jīng)信源發(fā)射的發(fā)送信號(hào)ｘ通過多徑信道ｈ的傳輸，在傳輸中存在不確定，，且難以避免逡逑噪聲，接收端的接收信號(hào)不僅包括傳輸信號(hào)、還包括隨機(jī)不確定的信道噪聲。通過信道估計(jì)逡逑器估計(jì)出ＣＳＩ，之后利用估計(jì)結(jié)果，恢復(fù)原信號(hào)信息。在認(rèn)知無線通信中，系統(tǒng)利用自身特逡逑性對(duì)頻譜資源智能感知，尋找可傳輸?shù)淖虞d波并對(duì)其導(dǎo)頻優(yōu)化。之后，在一組最優(yōu)子載波內(nèi)逡逑插入導(dǎo)頻，再傳遞給接收端。而信道估計(jì)通過接收信號(hào)與發(fā)送導(dǎo)頻，估計(jì)出ＣＳＩ，估計(jì)信道逡逑沖激響應(yīng)。如信道沖激響應(yīng)只有々個(gè)非零系數(shù)，則稱此信道為？稀疏信道。逡逑噪聲逡逑邐邋邐邋ｎ邐邐邋邐逡逑信源邐一＾－多徑信道ｈ邐＾邐？接收濾波器檢測(cè)器逡逑ｈ逡逑邐－信道估計(jì)器逡逑ｙ逡逑圖２．１信道估計(jì)系統(tǒng)模型逡逑設(shè)將ＯＦＤＭ技術(shù)應(yīng)用于認(rèn)知無線通信中，則設(shè)有７Ｖ個(gè)子載波。但實(shí)際上僅采用其中的Ｐ逡逑個(gè)作為導(dǎo)頻符號(hào)進(jìn)行傳輸

圖３．１同倫法路徑搜索圖逡逑由３．１可見，從點(diǎn)／可經(jīng)多條不同路徑到達(dá)點(diǎn)ｇ，而這些不同的多條路徑就可表示空間中逡逑的映射關(guān)系。而圖３．１中的實(shí)線表示的就是這兩點(diǎn)間的同倫關(guān)系。逡逑同倫算法根據(jù)己得到的前一次估值來預(yù)測(cè)本次迭代過程中解的方向和迭代步進(jìn)，層層迭逡逑代，直到滿足迭代停止條件為止。本文主要研宄同倫算法。逡逑同倫法根據(jù)正則因子的變化方向確定同倫路徑，正則因子的取值需大于殘差與觀測(cè)矩陣逡逑的相關(guān)度。同倫法利用不停改變同倫因子，對(duì)正則因子取相應(yīng)的值，進(jìn)而得到原信號(hào)的迭代逡逑方向和步進(jìn)。逡逑正則因子的取值需要大于等于殘差與觀測(cè)矩陣的相關(guān)度，其中殘差是指接收信號(hào)與通過逡逑估計(jì)原信號(hào)而得到的接收信號(hào)估值之間的差值，即有：逡逑｜＜Ｅ＞ｒ（＃浚

本文編號(hào)：2656682