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基于压缩感知的多载波通信系统信道估计方法研究

作　者: 吴佳滨
导　师: 顾学迈
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: NC-OFDM 压缩感知信道估计 SAMP
分类号: TN911.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着现代通信技术的发展，频谱逐渐成为一种稀缺资源，而人们对通信服务的需求日益增长，运营商也急于开展宽带新业务，如何能够有效利用频谱资源成为一个亟待解决的问题。认知无线电（Cognitive Radio, CR）的提出，为合理利用、分配频谱资源提供了可能。非连续正交频分复用（Non-ContiguousOrthogonal Frequency Division Multiplexing, NC-OFDM）作为一种特殊的正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM），不但具有OFDM频谱利用率高、抗多径干扰能力强的优点，并且因为可以利用不连续子载波进行数据传输，使它成为认知无线电的常用传输方式。信道估计是NC-OFDM系统的关键技术之一，目前却缺乏系统深入的研究。近年来，压缩感知逐渐成为信号处理领域中的研究热点，对于稀疏信号，该理论指出能够以低于奈奎斯特采样速率进行采样和信号重建，本文将对基于压缩感知的信道估计方法进行深入的探讨和研究。本文首先介绍了NC-OFDM系统的原理及特点，在对系统模型详细叙述的基础上，利用MATLAB软件搭建了系统仿真平台。之后，重点讨论了系统中的信道估计技术，包括导频图样的设计、接收端估计算法及内插均衡算法。接着对压缩感知理论进行了系统的研究，通过介绍压缩感知的理论框架，与传统的基于采用奈奎斯特抽样定理的信息采集系统对比，说明了压缩感知算法的优势。之后以信号从观测到重建的顺序，着重研究了压缩感知的关键技术，包括信号的稀疏表示，观测矩阵的设计以及信号重构算法三部分。在充分理解相关理论的基础上，提出了将稀疏自适应追踪算法（Sparsity AdaptiveMatching Pursuit，SAMP）应用于NC-OFDM系统的信道估计模块中，接着在NC-OFDM系统仿真平台上对算法进行了仿真，并根据仿真结果对基于SAMP的信道估计算法与传统算法的估计性能进行了分析比较，指出了基于压缩感知的信道估计算法的优越性，因其可以利用少量的导频信号实现较好的信道估计，从而节省了频谱资源，提高了系统的频谱利用率。同时，在与其他基于压缩感知的信道估计算法的对比中，SAMP算法也表现出了更好的估计性能，并且因为该算法不需要信道稀疏度的先验知识，更加适合于实际应用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 研究背景和意义  9-11
    1.1.1 基于认知的NC-OFDM系统简介  9-10
    1.1.2 压缩感知理论简介  10-11
  1.2 NC-OFDM信道估计国内外研究现状  11-13
  1.3 论文内容及结构  13-14
第2章 NC-OFDM系统模型及信道估计  14-27
  2.1 NC-OFDM系统的基本原理  14-15
  2.2 NC-OFDM系统模型  15-16
  2.3 NC-OFDM系统中的信道估计  16-26
    2.3.1 导频图样设计  18-21
    2.3.2 接收端导频位置的信道估计方法  21-23
    2.3.3 内插算法  23-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章压缩感知理论  27-41
  3.1 压缩感知的理论框架  27-28
  3.2 信号的稀疏表示  28-29
  3.3 测量矩阵的设计  29-30
  3.4 信号的重构算法  30-39
    3.4.1 MP算法  32-33
    3.4.2 OMP算法  33-36
    3.4.3 ROMP算法  36-39
  3.5 压缩感知的应用  39-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章基于压缩感知的NC-OFDM系统信道估计  41-50
  4.1 压缩感知信道估计的基本原理  41-42
  4.2 基于SAMP重构算法的信道估计算法  42-44
  4.3 仿真与性能分析  44-49
  4.4 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-56
致谢  56

基于压缩感知的多载波通信系统信道估计方法研究

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