基于壓縮感知的超寬帶信道估計方法研究.pdf

1、脈沖超寬帶技術(shù)作為一種新的短距離無線通信技術(shù)，具有低功耗、高帶寬，低復(fù)雜度、抗多徑能力強(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)。隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，我們希望能夠在數(shù)字域上對脈沖超寬帶信號進(jìn)行處理。奈奎斯特采樣定理表明:為了確保信號信息不丟失，采樣率至少為目標(biāo)信號最高頻率的兩倍以上。由于脈沖超寬帶信號的超寬帶特性，采樣問題必定成為制約脈沖超寬帶技術(shù)發(fā)展的主要因素之一。
　　不同于奈奎斯特采樣理論，壓縮感知可以在采樣的同時壓縮信號，

2、是一種新的信號處理框架。該理論指出:如果信號是稀疏的或可壓縮的，那么就可以通過一個與稀疏域不相關(guān)的觀測矩陣去觀測原信號，獲得少量的觀測點(diǎn)，然后通過相應(yīng)的重構(gòu)算法便可以從這些少量觀測點(diǎn)中高概率地重構(gòu)或者逼近出原始信號。因此，壓縮感知為脈沖超寬帶采樣問題的解決提供了契機(jī)。本文主要對壓縮感知脈沖超寬帶系統(tǒng)信道估計這一問題進(jìn)行研究，旨在提高信道估計性能，降低計算復(fù)雜度，提高信道重構(gòu)效率。本文主要研究成果包括以下兩個方面:
　　1.對于OM

3、P算法，有噪情況下，迭代過程中會選出大量的虛假原子，這就造成了信號重構(gòu)效果的降低。針對這一問題，為了提高OMP算法的原子選擇精度，基于超寬帶字典構(gòu)造時的先驗(yàn)知識，我們對OMP算法進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種加權(quán)的OMP算法(WOMP)。該算法執(zhí)行一種加權(quán)匹配的過程，能夠大大提高原子的選擇精度，增強(qiáng)算法的抗噪性能。對于多徑分集稀疏字典，我們根據(jù)平均功率延遲剖面(AveragedPowerDelayProfile，APDP)來確定各個原子的加權(quán)系數(shù)

4、;對于特征向量稀疏字典，我們采用每個原子對應(yīng)的特征值作為各原子的加權(quán)系數(shù)。另外，我們對采用WOMP算法進(jìn)行信道估計時的相關(guān)系數(shù)和誤碼率性能進(jìn)行仿真分析，為了便于對比，我們同時給出了OMP算法的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明:無論采用哪種稀疏字典，采用WOMP算法進(jìn)行信道估計時較OMP算法能夠獲得更好的相關(guān)系數(shù)和誤碼率性能。
　　2.對于傳統(tǒng)壓縮感知信道估計方法，我們需要一次性重構(gòu)出整個信道波形。對于整個信道波形，其稀疏度和相應(yīng)奈奎斯特采樣

5、點(diǎn)數(shù)較高，因此，其重構(gòu)時的計算復(fù)雜度很高。為了降低重構(gòu)計算復(fù)雜度，本文提出一種分段的壓縮感知脈沖超寬帶系統(tǒng)信道估計方法。該方法采用先分段重構(gòu)后組合的方式獲得信號相關(guān)模板。對于每段信號，其對應(yīng)采樣數(shù)目和稀疏度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整個信道波形的采樣點(diǎn)數(shù)和稀疏度。因此，較傳統(tǒng)壓縮感知信道估計方法，該方法能夠大大降低計算復(fù)雜度，提高信道估計效率。同時我們對其誤碼率性能進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明:該分段方法不僅計算復(fù)雜度低，而且較傳統(tǒng)壓縮感知信道估計方法