一种海洋通信系统的信道估计方法技术方案

本发明专利技术提供的一种海洋通信系统的信道估计方法，针对现有信道估计方案的不足，从线性最优信道估计出发，结合UVLC信道二阶统计特性的低秩性质，避免了对矩阵执行实时的求逆运算，因此能够以较低的复杂度取得较高的估计精度。同时，该方法考虑了实际场景中信道先验信息的自适应更新策略，具有较好的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋通信系统的信道估计方法
本专利技术涉及海洋通信
，更具体的，涉及一种海洋通信系统的信道估计方法。
技术介绍
近年来，水下可见光通信(UnderwaterVisibleLightCommunication，UVLC)技术引起了学术界和业界越来越多的关注0。作为新兴技术，它比传统水声通信具有更高的带宽、更低的时延以及更高的安全性0-0。作为UVLC系统的关键技术之一，信道估计(ChannelEstimation，CE)的准确性极大影响着高速数据传输业务的性能。在现有的信道估计方案中，文献[4]提出了一种自适应统计贝叶斯最小均方误差信道估计(AdaptiveStatisticalBayesianMinimumMeanSquareErrorCE，AS-BMMSE-CE)的方案，利用可变统计窗口(VariableStatisticWindow，VSW)的机制去自适应跟踪信道冲激响应(ChannelImpulseResponse，CIR)的先验参数，从而提高估计精度。然而，该方案解决的是室内可见光(VisibleLightCommun本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋通信系统信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：构建基于分数采样的光正交频分复用FS-OOFDM的水下可见光通信UVLC系统，设n、m和k分别表示OOFDM符号、过采样偏移和子载波的下标；/nS2：在发射端，每个子载波的调制符号X

【技术特征摘要】
1.一种海洋通信系统信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建基于分数采样的光正交频分复用FS-OOFDM的水下可见光通信UVLC系统，设n、m和k分别表示OOFDM符号、过采样偏移和子载波的下标；
S2：在发射端，每个子载波的调制符号Xn,k表示数据或导频，且满足功率归一化条件E{|Xn,k|2}＝1；导频格式采用梳状结构，相应的子载波下标为pi，0≤i≤Kp-1，其中Kp表示一个OOFDM符号包含的导频数目；且Xn,k满足埃尔米特对称HS，即1≤k≤K/2-1且Xn,0＝Xn,K/2＝0；对频域符号Xn＝[0,Xn,1,K,Xn,K-1]T进行快速逆傅里叶变换IFFT、并串转换及循环前缀CP填充、数模转换及成形滤波、直流偏置及零削波操作后，通过发光二极管LED将电信号转换成光信号发射出去；考虑用户终端UE在水下连续移动的场景，设UE位置下标与OOFDM符号下标n相同，对下标n的信道冲激响应CIR进行建模，具体表示为：cn(t,τ)＝ρn(t)cn'(τ)，其中ρn(t)表示海水的湍流效应引起的衰落效应，cn'(τ)表示海水的吸收和散射引起的多径效应；结合成形滤波及匹配滤波的联合冲激响应p(τ)，定义等效CIR为：
hn(t,τ)＝cn(t,τ)*p(τ)＝ρn(t)μh,n(τ)(1)
其中μh,n(τ)＝cn'(τ)*p(τ)，定义FS-OOFDM系统的采样周期为其中M和Ts分别表示过采样因子以及传统OOFDM系统的QAM符号采样周期；当采样周期为TM时，离散等效CIR为0≤m≤M-1，0≤l≤L-1，其中L表示采样周期Ts下的CIR抽头数目，Δd表示相邻位置间隔，v表示UE移动速度；
S3：在接收端进行信号接收，FS-OOFDM对接收到的信号进行分数采样FS处理以获取UVLC信道的多径增益；对FS后的接收信号进行快速傅里叶变换FFT，得到频域信号Yn,m,k具体为：
Yn,m,k＝Xn,kHn,m,k+Vn,m,k，0≤m≤M-1，0<k≤K-1(2)
其中，Hn,m,k和Vn,m,k分别表示第n个位置、第m个过采样偏移、第k个子载波上的信道传输函数CTF和均值为0、方差为σ2的复高斯噪声；
S4：根据频域信号Yn,m,k，利用最小二乘法LS估计得到导频位置处的信道估计为具体为：



其中表示均值为0，方差为σ2的复高斯噪声；
S5：设为MKp×1维复向量，hn＝[hn,0,0,Khn,0,L-1,Khn,M-1,0,Khn,M-1,L-1]T为ML×1维实向量，为MKp×1维复向量，则表示为：



其中表示克罗内克积；Wp是一个Kp×L矩阵，第i行j列元素表示为0≤i≤Kp-1，0≤j≤L-1；另外，zn服从均值为0，协方差矩阵为的高斯分布，其中为归一化协方差矩阵；
S6：根据式(4)，关于hn的线性最小均方误差信道估计LMMSE-CE表达式为：



其中Ψn＝ΦCh,nΦH+Cz，μh,n和Ch,n分别表示hn的均值和协方差矩阵；Ch,n与μh,n满足：



其中E{·}表示期望，是湍流的闪烁指数；其中，使用式(1)的向量化形式，即hn＝ρnμh,n；观察式(6)，得到Ch,n是一个低秩矩阵且秩为1；注意到将Sherman-Morrison公式SMF0运用到Ψn中：



其中现将式(2)代入式(5)中，经过化简得到最优SMF信道估计OSMF-CE：



将得到的OSMF-CE用于UVLC接收机的信号检测过程，完成对UVLC信道的时域估计。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：江明，陈俊羽，赵磊，陈贤煜，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44