基于压缩感知的超宽带信道估计方法的研究

压缩感知(Compressed Sensing, CS)理论可以从较少的观测样本中恢复稀疏信号。针对超宽带(Ultra- WideBand, UWB)信道的稀疏特性,将压缩感知理论应用于UWB系统的信道估计中,能够有效地降低系统的采样速率。该文针对UWB信道的特点对过完备字典库和观测矩阵进行设计,提出了一种滤波矩阵估计算法。然后,分别利用丹茨格选择器(Dantzig Selector, DS),基追踪降噪(Basis Pursuit De-Noising, BPDN)算法和正交匹配跟踪(Orthogonal Matching Pursuit, OMP)算法实现信号检测,进一步给出UWB信道估计中CS重建算法的选择建议。基于IEEE 802.15.4a信道模型的仿真结果表明,该算法同随机观测算法的检测结果相比,能够在较低的采样速率下获得更好的误码率性能。     

基于压缩感知超宽带信号盲稀疏度信道估计

鉴于超宽带(UWB)信道估计要求预先给出信道才能精确重构的不足,研究了基于压缩感知的盲稀疏度匹配追踪类算法用于信道重建.这种盲稀疏度方法根据迭代终止条件和字典中最优原子选择方式的不同,设置迭代终止阈值和阶段转换阈值,通过可变步长的增大逐步逼近稀疏度,实现精确重建.仿真结果表明,相同条件下,基于此思想经过改进算法可有效用于解决实际UWB信道估计,较改进前算法估计性能相当,是一种具有应用价值的盲稀疏度重构方法.     

基于贝叶斯压缩感知理论的超宽带通信信道估计

超宽带是一种新颖的高速无线通信技术。其过高的带宽给采样带来了困难,压缩感知理论提供了一种可行的低速采样方法。针对目前的压缩感知超宽带信道估计方法必须假设信道稀疏度已知,论文提出了基于贝叶斯压缩感知理论的超宽带信道估计方法。将超宽带信道估计转化为压缩感知理论中的重构问题,并使用贝叶斯压缩感知方法进行重构,得到信道估计值及其误差范围,最终实现信息解调。贝叶斯压缩感知理论将稀疏贝叶斯学习理论引入到压缩感知中,给需要重构向量中的每个值设置受超参数控制的后验概率密度函数,在超参数的更新过程中,零值所对应的超参数将趋向于无穷大,与之对应的后验概率将趋向于零,通过这种方法剔除非重要多径,自适应地找出信道向量中的重要多径,并使用回归算法进行重构。实验结果表明在信道稀疏度未知的情况下,该方法能够对原信道进行有效的重构。     

一种新的基于压缩感知的毫米波信道估计算法

针对传统稀疏重构算法需要信道稀疏度先验信息、复杂度高、不利于实际应用的问题,提出了一种新的基于波束空间分解的稀疏度自适应毫米波信道估计算法。该算法利用毫米波信道稀疏性的特点对信道进行波束空间分解,构造基于码本的感知矩阵,获得l1范数约束问题模型;其次结合分段弱匹配追踪算法,采用弱阈值从感知矩阵筛选原子,再通过分组选择机制对选择的原子进行二次优化;最后根据最小二乘法估计出毫米波信道。仿真结果表明,所提算法的估计精度和复杂度在低信噪比和低训练长度情况下明显优于传统匹配追踪算法。     

低信噪比下非凸化压缩感知超宽带信道估计方法

受感知信息算子矩阵相干性和噪声的影响,压缩感知超宽带(UWB)信道估计误差过大.为此,首先提出利用压缩观测信号加权构造自适应感知信息(ASI)算子矩阵的方法,ASI算子矩阵不仅具有弱相干性,而且包含观测信息,适用于重建算法选择最优稀疏表示原子.其次提出修正稀疏度自适应匹配追踪(SAMP)算法,无需稀疏度或信噪比的先验信息实现压缩感知稀疏信号准确重建.最后基于ASI算子矩阵和修正SAMP算法提出非凸化压缩感知UWB信道估计方法,理论分析和仿真结果均表明该方法能在低信噪比和极低压缩比下实现UWB信道的准确估计.     

基于压缩感知的OFDM系统信道估计方法

针对无线信道的时域稀疏性以及稀疏度未知的问题,文章将压缩感知技术应用到正交频分复用(OFDM)系统信道估计中,提出了一种稀疏度自适应正交匹配追踪信道估计算法。算法利用离散傅里叶变换(DFT)信道估计算法对循环前缀内和外的噪声进行处理,估计得到的信道频率响应作为正交匹配追踪(OMP)算法稀疏迭代终止的判断条件,实现稀疏度自适应信号重建。同时在原子预选阶段,采用Dice系数准则代替内积准则作为相关性度量准则,可达到更优的估计性能。仿真结果表明,该算法相比于传统的压缩感知信道估计算法具有较好的性能,可以提高系统的归一化均方误差(NMSE)和误码率(BER)性能。     

基于改进梯度投影算法的压缩感知超宽带信道估计

超宽带是近年来兴起的一种高速无线通信技术,考虑其过高带宽带来的采样难度较高的问题,压缩感知理论提供了一种可行的低速采样方法。针对梯度投影稀疏重构算法应用于超宽带信道估计中效果不佳的问题,提出了改进的梯度投影算法。改进算法采用原始算法的目标函数形式,取消原始算法中沿负梯度方向搜索和负梯度向可行集合投影后再搜索的交替搜索方式,改为一直沿负梯度方向搜索的单一搜索方式,从而避免了原始算法的高运算复杂度和过于严格的约束条件对算法的限制,同时该目标函数相对于梯度追踪算法加上了对稀疏噪声的约束条件,变成了l₁范数优化问题。实验结果表明该算法相对于梯度投影稀疏重构算法能够显著降低运算复杂度,提高运算速度,同时相对于梯度追踪算法也有重构性能上的提升。      

基于CS-ROMP算法的超宽带信道估计

研究了正则正交匹配追踪(Regularized OMP)算法在超宽带系统信道估计中的应用.ROMP算法在应用于稀疏信号恢复时,具备贪婪算法计算速度快和计算复杂度低的特点.超宽带通信(UWB)系统的信道估计需要估计一组最大径的参数,而ROMP具有能够可靠恢复近似稀疏含噪信号的能力,适用于UWB信道估计.通过仿真,对比了R...     

一种稀疏增强的压缩感知MIMO-OFDM信道估计算法

基于压缩感知(Compressed Sensing, CS)的信道估计可以达到减少导频的目的,但在频-时域信道矩阵到时延-多普勒域的稀疏变换中存在谱泄漏现象,影响了信道矩阵的稀疏性和估计的均方误差(MSE)性能。为此该文对信道的稀疏性进行研究,提出一种时域加窗的稀疏优化CS信道估计算法。通过对时域加窗,所提算法抑制了由离散截断导致的多普勒域泄漏,再据此设计出观测矩阵,以此方式增强信道在时延-多普勒域的稀疏性,并实现对稀疏的信道矩阵更为准确的重构,达到改善信道估计MSE性能的目的。仿真结果表明随信噪比的增大,加窗CS算法相比无窗CS算法有效改善了信道估计的性能。     

LTE-A基于压缩感知的信道估计

针对在多普勒环境下LTE-A(改进的长期演进)系统时频域二维稀疏信道的特性,根据导频在时频域的分布以及二者之间的相关性,通过将搜索空间分解为时域上OFDM(正交频分复用)符号间和频域上子载波间范围,提出了一种基于OMP(正交匹配追踪)算法改进压缩感知的信道估计。仿真结果表明,改进的OMP算法较原始算法具有更低的MSE(均方误差)。     

基于随机编码变换压缩感知超宽带信道估计

提出了一种产生简便的基于随机编码变换的压缩感知的超宽带信道估计方法,给出了基于压缩感知方法的UWB信道估计模型,研究了子空间追踪的压缩感知UWB系统的信道估计方法。对系统在IEEE 802.15.3a CM1信道下的信道响应进行了估计,仿真结果表明该方法是有效的。     

基于压缩感知的快速运动目标测速方法

为解决合成孔径雷达中快速运动目标指示问题,提出一种新的基于压缩感知的径向速度估计方法。快速运动目标的径向速度由两部分组成,速度模糊数和基带径向速度。速度模糊数的估计利用如下原理,在距离多普勒域中,运动目标的斜距历程的斜率与目标径向速度成正比。基带径向速度的估计采用新提出的 CS 算法。然后,将速度模糊数与基带径向速度的估计结果结合起来,得到精确的无模糊的径向速度。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于Golay互补序列的压缩感知稀疏信道估计算法

该文针对现有基于压缩感知的信道估计方法峰均功率比高、计算量大等问题,使用确定性格雷(Golay)序列作为训练序列对稀疏信道进行信道估计,在接收端实现了对信道冲激响应的估计,给出了估计模型和具体的算法推演,推导了该方法的峰均功率比,并与基于随机高斯序列的压缩感知信道估计方法的性能、峰均功率比和计算量进行了比较。仿真实验表明：格雷序列以及随机高斯序列两种序列都可以重构出稀疏信道非零抽头系数,但是格雷序列对稀疏信道冲激响应的确定性观测估计值的均方误差(MSE)和匹配度性能(Match Rate, MR)均优于随机高斯序列,计算量降低了许多,且在OFDM系统中峰均功率比大大降低。     

OFDM系统双选择性慢衰落信道的压缩感知估计

为了增强压缩感知框架里Sl0(Smoothedl0-norm)重构算法的抗噪性能,该文在其目标函数里添加一个误差容允项,并提出了一种改进型重构算法l2-Sl0(Smoothed l0-norm regularized least-square)。另外通过对多径信道的时延和多普勒频移参数构成的时频2维有界区域进行量化,将OFDM时频双选择性慢衰落信道估计问题建模为压缩感知理论中的稀疏信号重构问题,提出了一种采用l2-Sl0估计信道时频参数的方法。仿真结果表明在相同的噪声环境里,l2-Sl0的重构性能优于Sl010 dB左右;运用l2-Sl0的信道估计方法可获得接近于理想最小二乘法的估计性能,且该方法在低信噪比的场景里也能获得较高的估计准确度。     

基于簇的块稀疏压缩感知的60GHz信道估计

基于压缩感知设计适用于60 GHz毫米波通信系统的信道估计方案,深入研究了正交匹配追踪(OMP)算法和正则正交匹配追踪(Regularized OMP)算法的60 GHz信道估计性能;在此基础上,充分发掘60 GHz无线多径信道所呈现出的分簇特性,提出一种新颖的基于簇分级的稀疏压缩感知重构算法。新算法在有效减少重构迭代次数的前提下,亦能显著降低信道估计误差。综合对比分析了基于簇分块稀疏压缩感知重构算法和现有压缩感知算法在60 GHz信道估计应用中的重构性能,仿真结果表明,压缩感知算法可有效应用于60 GHz系统信道估计,而新设计的基于簇分级的稀疏压缩感知算法则在估计精度和实现复杂度方面具更优越性能。     

基于压缩感知的加速前向后向匹配追踪算法

前向后向匹配追踪(FBP)算法作为一个新颖的两阶段贪婪逼近算法,因为较高的重构精度和不需要稀疏度作为先验信息的特点,受到了人们的广泛关注。然而,FBP算法必须运行更多的时间才能得到更高的精度。鉴于此,该文提出加速前向后向匹配追踪(AFBP)算法。该算法利用每次迭代中候选支撑集的信息,实现对已删除原子的再次加入,以此减少算法迭代次数。通过不同非零项分布的稀疏信号和稀疏图像的仿真结果表明,相对于FBP算法,该文提出的方案在不降低重构精度的同时,大幅降低了算法运行时间。     

RIS辅助无线系统中基于压缩感知的稀疏度自适应级联信道估计方法研究

为了解决可重构智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)辅助无线通信系统中级联信道的估计问题,本文提出了一种基于压缩感知(Compressive Sensing,CS)的自适应双结构稀疏正交匹配追踪算法(Adaptive Double-Structured Orthogonal Matching Pursuit,ADS-OMP)。已有的双结构稀疏正交匹配追踪算法(Double-Structured Orthogonal Matching Pursuit,DS-OMP)利用级联信道的双结构稀疏特性即行稀疏特性和列稀疏特性来提高算法估计性能,但需要已知相关信道稀疏度信息。本文提出的ADS-OMP算法在现有的DS-OMP算法基础上设计合理的判决准则和迭代阈值来估计相关稀疏度,从而能在角域级联信道的行稀疏度和列稀疏度均未知的情况下完成级联信道估计,有效克服了现有DS-OMP算法对相关信道稀疏度的依赖,算法实用性更强。仿真结果表明,本文提出的ADS-OMP算法和已有DS-OMP算法估计性能一致,算法复杂度在同一数量级上,前者复杂度略微提升。     

一种基于匹配追踪的OFDM稀疏信道估计算法

针对OFDM系统,利用信道冲激响应的稀疏特性,提出了一种新的OFDM信道估计算法.首先利用匹配追踪思想确定出非零抽头系数的位置,然后再采用最小二乘算法完成对非零系数值的二次估计,从而通过减少信道估计参数的个数降低算法复杂度.在低信噪比和导频数较少情况下,该算法具有良好的归一化均方误差性能,特别是当因信噪比低而引起GAIC算法性能恶化的时候,新算法具有更好的稳健性.仿真结果验证了算法的有效性.