基于压缩感知的无线信道估计算法研究

发布时间：2017-10-21 21:52

  本文关键词：基于压缩感知的无线信道估计算法研究

  更多相关文章： 无线信道估计 压缩感知技术 正交频分复用 多输入多输出 贝叶斯匹配追踪算法 l_0范数重构算法

【摘要】：在追求高效快速的现今时代,快速语音通信、快速传递信息,已经成为人们不可或缺的通信需求。无线通信系统中,正交频分复用(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,OFDM)技术,利用子载波间的正交性,提高了传输效率,并且能够有效的抵抗信道衰落,提高了传输精度。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术,能够提高无线通信系统的空间利用范围,充分利用了有效空间,更加提高了信息传输效率。但不管是OFDM系统或MIMO-OFDM系统,在信号传输中,会受到环境以及周围建筑物的影响,产生衰落和时延,造成符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)和子载波间干扰(Inter Carrier Interference,ICI)。因此,能够精准且有效获取信道状态信息(Channel State Information,CSI)从而准确的恢复发送信号尤为重要。研究表明,无线多径信道往往在时域中表现出稀疏特性,然而传统的信道估计方法不能充分利用这一特性,所以需要研究新的方法,利用这一先验信息,提高估计的精度。压缩感知技术,能够根据信号的稀疏性,利用少量的,但是占主导作用的采样信息,来恢复和重建原始信号。目前,压缩感知技术已经在各个行业得到应用,例如,无线通信、图像处理、模式识别等领域。在本文中,我们将压缩感知应用于无线信道估计中,利用信道的稀疏特性,通过少量的导频符号进行信道估计。本文的研究工作是在OFDM以及MIMO-OFDM系统中,采用基于压缩感知的信道估计方法对无线通信信道进行信道估计。主要包括两个方面工作:第一、我们给出了基于快速贝叶斯匹配追踪算法的信道估计算法,并将其应用在OFDM系统无线信道估计中。该算法利用贝叶斯原理,对无线稀疏信道建立贝叶斯先验模型,利用信道先验信息,根据最大后验概率参数估计方法,对模型参数以及参数分布进行匹配追踪求解,最终精确的重构稀疏信道。第二、论文提出了改进的混合优化光滑l_0范数信道估计重构算法,用来估计MIMO-OFDM系统的无线稀疏信道。该算法采用逼近性能更好的双曲正切函数来替代高斯函数,双曲正切函数的“陡峭性”更好,比高斯函数更快速的收敛于零,因此,更近似l_0范数。该算法将最速下降法结合修正牛顿法进行混合优化,其中最速下降法用于算法的初始化,修正牛顿法用于算法的收敛,使算法达到了很好的收敛速度,并提高了重构精度,通过仿真验证了该算法的有效性。
【关键词】：无线信道估计 压缩感知技术 正交频分复用 多输入多输出 贝叶斯匹配追踪算法 l_0范数重构算法
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 论文的结构安排12-14
• 2 无线信道特性与压缩感知理论14-23
• 2.1 无线信道特性14-17
• 2.1.1 衰减作用14-15
• 2.1.2 多径效应15-17
• 2.2 压缩感知理论17-21
• 2.2.1 压缩感知理论框架17-18
• 2.2.2 信号的稀疏表示18
• 2.2.3 观测矩阵的设计18-20
• 2.2.4 信号的重构20-21
• 2.3 本章小结21-23
• 3 基于FBMP算法的OFDM系统压缩感知信道估计23-46
• 3.1 OFDM系统基本原理23-29
• 3.1.1 OFDM系统调制解调原理23-25
• 3.1.2 保护间隔和循环前缀25-27
• 3.1.3 OFDM系统模型27-29
• 3.2 OFDM系统传统信道估计方法29-33
• 3.2.1 导频设计29-30
• 3.2.2 传统信道估计方法30-33
• 3.3 传统压缩感知信道估计方法33-40
• 3.3.1 压缩感知信道估计系统模型33-34
• 3.3.2 基于OMP算法的压缩感知信道估计方法34-37
• 3.3.3 基于SP算法的压缩感知信道估计方法37-40
• 3.4 快速贝叶斯匹配追踪（FBMP）信道估计算法40-44
• 3.4.1 贝叶斯压缩感知基本原理与FBMP信道估计算法流程40-43
• 3.4.2 算法仿真与分析43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 4 基于MHOSL0算法的MIMO-OFDM系统压缩感知信道估计46-59
• 4.1 MIMO-OFDM系统模型46-47
• 4.2 MIMO-OFDM系统信道估计47-49
• 4.3 改进的混合优化光滑l_0范数信道估计算法49-58
• 4.3.1 双曲正切函数50-52
• 4.3.2 基于双曲正切函数的修正牛顿算法52-54
• 4.3.3 改进的基于混合优化的光滑l_0范数信道估计算法步骤54-55
• 4.3.4 算法仿真与分析55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 总结和展望59-61
• 5.1 工作总结59-60
• 5.2 研究展望60-61
• 参考文献61-64
• 个人简历以及发表的学术论文64-65
• 致谢65

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本文编号：1075377