【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于低轨卫星通信，具体涉及一种基于改进gomp的低轨卫星系统的信道估计方法。
技术介绍
1、由于低地球轨道(leo,low earth orbit)卫星的无缝、无线覆盖，其在地面和非地面网络的融合中发挥着重要作用，被认为是下一代无线通信系统的关键技术之一。与中地球轨道(meo,medium earth orbit)卫星和地球静止轨道(geo,geosynchronous earthorbit)卫星相比，leo卫星在距离地面600-1500千米的轨道高度上运行，其具有低传输延迟和低路径损耗的双重优势。通常，leo卫星以7-8千米/秒的速度沿地球轨道高速运行，这会导致地面-卫星链路(tsl,terrestrial-satellite link)的快速变化和非常高的多普勒频移，从而使得获取leo卫星通信系统的信道状态信息(csi,channelstate information)变得十分困难。此外，高多普勒频移会严重破坏正交频分复用(ofdm,orthogonal frequencydivision multiplexing)子载波间的正交性而引起显著的载波间干扰(ici,inter-carrier interference)，从而导致采用ofdm调制的leo卫星通信系统的性能明显下降。
2、正交时频空间(otfs,orthogonal time frequency space)是近年来出现的一种调制技术，因其在高移动场景中的鲁棒性而被认为是ofdm的替代方案。为了提高系统的性能，一些研究工作已将otfs应用于l
3、作为压缩感知(cs,compressive sensing)理论中贪婪算法的一种，正交匹配追踪(omp,orthogonalmatching pursuit)算法因结构简单、复杂度低而广泛应用于系统的信道估计。目前，已有研究人员将omp算法应用于mimo-otfs系统中以获得系统的csi，但所提信道估计方案都进行了矢量化操作，会占用大量的内存资源，并增加了计算时间开销。然而，leo卫星的高移动性会导致csi的快速变化，现有的信道估计方案会因过长的计算时间而导致获取的csi并不能反映当前信道的真实情况，进而导致信道估计的性能明显下降。广义正交匹配追踪(gomp,generalized orthogonal matching pursuit)算法在每一次迭代中会选择与残差最相关的几个原子所对应的列向量的序号来构建支撑集，与omp算法相比，该算法具有计算复杂度低和重构效率高的优点。
4、然而，传统的gomp算法采用余弦相似性准则来计算向量之间的相似性，该准则没有考虑原子相似性的变化，不能很好地放大重要向量分量的效果，会造成原始信息的部分丢失，进而导致原子索引集的非最优构建，最终影响稀疏信号重构的精度。此外，系统稀疏度为已知是使用gomp算法的前提条件，而在实际中系统的稀疏度往往是无法提前预知的，这大大限制了该算法的应用。
技术实现思路
1、为解决以上现有技术的问题，本专利技术采用一种基于改进gomp的低轨卫星系统的信道估计方法，包括：
2、低轨卫星通过信道传输将发射信号发送到接收端；接收端根据接收的信号采用改进的gomp信道估计方法进行信道估计，得到信道估计结果；改进的gomp信道估计方法包括采用广义jaccard系数和swomp算法对gomp信道估计方法进行优化；其中，gomp为广义正交匹配追踪算法，swomp为分段弱正交匹配追踪算法。
3、信道为时延-多普勒-空间域信道，表示为：
4、
5、其中，n表示沿多普勒维的资源单元数，k为多普勒抽头索引，l为时延抽头索引，j为虚数单位，nt为天线，hκ,l为在κts时刻的时延抽头l上的复增益，κ＝mcp+ζ(m+mcp)，m表示沿时延维的资源单元数，mcp是循环前缀的长度，ts为系统采样间隔，ζ∈[0,1,…,n-1]表示多普勒维的资源单元。
6、在κts时刻的时延抽头l上的复增益hκ,l表示为：
7、
8、其中，hi、τi和vi分别表示第i条路径的复路径增益、时延抽头和多普勒频移抽头，i∈[0,1,…,p]表示传播路径，δ()为单位冲激函数，表示第i条路径对应的方位角。
9、接收端接收的信号ydd[k,l]表示为：
10、
11、其中，xdds[k,l,nt]为由低轨卫星发送的时延-多普勒-空间域发射信号，hdds[k',l',nt]表示时延-多普勒-空间域信道，α(l,l')表示相位补偿项，n表示沿多普勒维的资源单元数，m表示沿时延维的资源单元数，n表示沿多普勒维的资源单元数，k、k'为多普勒抽头索引，l、l'为时延抽头索引，ma为低轨卫星安装的天线数量，nt为天线，wdd[k,l]表示加性高斯白噪声，表示向上取整，表示向下取整，()m表示对m取模，<x>n表示
12、相位补偿项α(l,l')表示为：
13、
14、其中，mcp是循环前缀的长度，j为虚数单位，ki为第i条路径的多普勒抽头索引，为第i条路径的分数多普勒抽头索引，li为第i条路径的时延抽头索引，a为所有路径的时延抽头索引集。
15、采用改进的gomp信道估计方法对信号进行信道估计包括：
16、s1、将接收的信号ydd[k,l]重写为矩阵形式：
17、y＝(φ⊙x)h+w；
18、s2、根据接收信号ydd[k,l]的矩阵形式将信道估计问题转化为稀疏信号的重构问题：
19、y＝ψh+w
20、其中，ψ为感知矩阵，x为低轨卫星发射信号的导频矩阵，φ为相位补偿项的向量形式，y为接收信号的向量形式，w为加性高斯白噪声的向量形式，h是时延-多普勒-空间域信道的向量形式；
21、s3、采用经过基于广义jaccard系数和swomp算法优化后的gomp信道估计方法求解稀疏信号的重构问题，得到信道估计结果。
22、求解稀疏信号的重构问题包括：
23、s31、定义并初始化迭代次数t＝1、残差向量r0＝y、支撑集以及原子集
24、s32、计算第t-1次迭代的残差向量rt-1与感知矩阵ψ的每一列之间的相似性u＝(u1,...,un)；
25、s33、根据swomp算法设置一个阈值v，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，包括：低轨卫星通过信道传输将发射信号发送到接收端；接收端根据接收的信号采用改进的GOMP信道估计方法进行信道估计，得到信道估计结果；改进的GOMP信道估计方法包括采用广义Jaccard系数和SWOMP算法对GOMP信道估计方法进行优化；其中，GOMP为广义正交匹配追踪算法，SWOMP为分段弱正交匹配追踪算法。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，信道为时延-多普勒-空间域信道，表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，在κTs时刻的时延抽头l上的复增益hκ,l表示为：
4.根据权利要求1所述的一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，接收端接收的信号YDD[k,l]表示为：
5.根据权利要求4所述的一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，相位补偿项α(l,l')表示为：
6.根据权利要求1所述的一种基于改进GOM
7.根据权利要求6所述的一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，求解稀疏信号的重构问题包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，计算Rt-1与感知矩阵Ψ的每一列之间的相似性的公式为：
9.根据权利要求7所述的一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，迭代停止条件为：t＞L或者||Rt-Rt-1||2/||Rt-1||2＜ε；其中，ε为设定的阈值，L为最大迭代次数，||||2为欧几里得范数。
10.根据权利要求7所述的一种基于改进GOMP的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，计算阈值V的公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进gomp的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，包括：低轨卫星通过信道传输将发射信号发送到接收端；接收端根据接收的信号采用改进的gomp信道估计方法进行信道估计，得到信道估计结果；改进的gomp信道估计方法包括采用广义jaccard系数和swomp算法对gomp信道估计方法进行优化；其中，gomp为广义正交匹配追踪算法，swomp为分段弱正交匹配追踪算法。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进gomp的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，信道为时延-多普勒-空间域信道，表示为：
3.根据权利要求2所述的一种基于改进gomp的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，在κts时刻的时延抽头l上的复增益hκ,l表示为：
4.根据权利要求1所述的一种基于改进gomp的低轨卫星系统的信道估计方法，其特征在于，接收端接收的信号ydd[k,l]表示为：
5.根据权利要求4所述的一种基于改进gomp的低轨...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷芳，牛永才，陈发堂，王华华，王丹，杨黎明，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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