1.一种针对非理想稀疏信道的估计方法,其特征在于,包括以下步骤:A:建立通信系统信道模型r=Φα+w;
其中,r为长度为M的观测向量,Φ为维度是M×N的观测矩阵,α为长度为L的信道抽头向T
量,表示为α=[α1,...,αl,...αL] ,信道抽头向量的每个元素定义为αl,下角标l表示抽头标号;正交频分复用系统配置有M个子载波,选择其中N个子载波作为导频进行信道估计,剩余M‑N个子载波用于数据传输,w表示方差为σ的加性白高斯噪声;
B:建立加权高斯先验模型
其中,p(αl)表示元素αl的先验分布,δ(αl)为冲击函数,表示只有当函数输入参数αl=0时,函数δ(αl)的输出值为1,N(αl;μk,1)代表抽头向量中的元素αl服从均值为μk方差为1的高斯分布,λ表示元素αl取值非零的概率,βk和μk分别为加权高斯先验的权重和均值,K表示加权高斯模型的加权数量;
C:根据步骤A中得到的通信系统信道模型,以及步骤B中得到的加权高斯先验模型,求T
解信道抽头向量α=[α1,...,αl,...αL] 、信道抽头向量α中元素取非零值的概率λ、信道的噪声方差σ、加权高斯先验的权重βk和高斯分布的均值μk,k=1→K;最终得到非理想稀疏信道的信道抽头向量α。
2.根据权利要求1所述的针对非理想稀疏信道的估计方法,其特征在于,所述的步骤A中包括以下步骤:
A1:设正交频分复用系统配置有M个子载波,选择其中N个子载波作为导频进行信道估T
计,剩余M‑N个子载波用于数据传输,导频向量表示为x=[x1,...,xn...xN] ,其中xn为第n个导频符号,定义导频图谱即N个导频在M个子载波中的索引为 导频向量x需要经过频域等T
效信道的传输,频域等效信道由信道向量h=[h1,...,hn,...hN]表示,其中hn表示第n个信道,得到的观测向量y为
y=h·x+w,
其中,点乘符号·表示h和x逐元素相乘,w表示方差为σ的加性白高斯噪声;
A2:假定发送的导频向量x中的各个元素为xn=1,n=1→N,将观测向量y简化表示为y=h+w (1);
A3:将正交频分复用系统的信道向量h表示为信道抽头向量α和部分离散傅里叶变换矩阵相乘的形式,即h=Aα;信道抽头向量α长度为L;矩阵A的构造方法为,从M维标准离散傅里叶变换矩阵中选取索引属于导频图谱 中的N行和前L列,即A矩阵维度为N×L,而(1)式可以重写为
y=Aα+w (2);
A4:对(2)式中矩阵A进行奇异值分解,即A=UΛV,其中Λ为对角阵,矩阵U和V为正交单位矩阵,将(2)式变形为
y=UΛVα+w;
H
将上式两端同时左乘矩阵U的转置U,得到H H
r=Uy=ΛVα+Uw (3);
H H
其中,定义r=U y,r表示观测向量,U表示矩阵U的转置;由于U为正交单位矩阵,则(3)H
式中噪声向量Uw仍满足高斯分布,并且噪声方差仍为σ;
A5:定义观测矩阵为Φ=ΛV,将(3)式变形后得到通信系统信道模型为:r=Φα+w (4);
其中,r为长度为M观测向量,Φ为维度是M×N的观测矩阵,α为信道抽头向量,表示为αT
=[α1,...,αl,...αL],信道抽头向量的每个元素定义为αl,下角标l表示抽头标号。
3.根据权利要求2所述的针对非理想稀疏信道的估计方法,其特征在于,所述的步骤B包括以下步骤:
B1:建立稀疏估计模型中的伯努利‑高斯先验为:其中,p(αl)表示元素αl的先验分布,δ(αl)为冲击函数,表示只有当函数输入参数αl=0时,函数δ(αl)的输出值为1, 表示元素αl服从均值为0,方差为1的高斯分布,λ表示元素αl取值非零的概率;
B2:当元素αl取值非零时,先验分布由多个高斯分布的加权和构成,即表示为其中K表示加权高斯模型的加权数量;因此,加权高斯先验模型即信道抽头向量的元素αl的先验分布表示为:其中,βk和μk分别为加权高斯先验的权重和均值,表达式N(αl;μk,1)代表抽头向量中的元素αl服从均值为μk方差为1的高斯分布。
4.根据权利要求1所述的针对非理想稀疏信道的估计方法,其特征在于:所述的步骤CT
中,采用迭代的方法求解信道抽头向量α=[α1,...,αl,...αL] 、信道抽头向量α中元素取非零值的概率λ、信道的噪声方差σ、加权高斯先验的权重βk和高斯分布的均值μk,k=1→K。
5.根据权利要求4所述的针对非理想稀疏信道的估计方法,其特征在于,所述的步骤C包括以下步骤:
C1:定义参数 和 分别为λ、σ、βk和μk的估计值,定义向量vα和向量 分别为信道抽头向量α的方差和均值,两个向量的长度均为N,将vα和 分别初始化为全1和全0的列向量;初始化中间变量 为长度N的全0列向量,初始化噪声方差的估计值 初始化非零概率的估计值 初始化权重参数的估计值 初始化均值的估计值2
C2:更新中间变量vp=|A|vα和 其中 代表向量vp和向量 的按元素点乘;更新得到的中间变量vp和 均为长度为N的列向量;
C3:更新中间变量 和中间变量 其中符号“./”代表按元素除;
C4:更新噪声方差估计值 其中 表示长度为N的全1行向量;
C5:更新中间变量 和中间变量2
C6:更新中间变量νq=1./(|A|νs)和中间变量 更新得到的中间变量vq和 均为长度为L的列向量;
C7:更新中间变量 其中 和vql分别为向量 和vq的第l个元素;
C8:更新中间变量
C9:定义归一化变量
C10:更新中间变量
C11:更新中间变量
C12:更新非零概率的估计值C13:更新非零高斯分量均值的估计值C14:更新权重变量的估计值C15:更新信道抽头向量每个元素的均值 和每个元素的方差进而构造向量