水声正交频分多址上行通信稀疏信道估计与导频优化*(2015年)资源-CSDN文库

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水声正交频分多址上行通信稀疏信道估计与导频优化

马璐刘凇佐乔钢

Sparse channel estimation and pilot optimization for underwater acoustic orthogonal frequency division

multiple access uplink communications

Ma Lu Liu Song-Zuo Qiao Gang

引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 64, 154304 (2015) DOI: 10.7498/aps.64.154304

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物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 64, No. 15 (2015) 154304

水声正交频分多址上行通信稀疏信道估计与

导频优化

∗

马璐刘凇佐乔钢

†

(哈尔滨工程大学水声技术重点实验室, 哈尔滨 150001)

(哈尔滨工程大学水声工程学院, 哈尔滨 150001)

( 2015 年 1 月 14 日收到; 2015 年 3 月 3 日收到修改稿 )

针对水声正交频分多址 (OFDMA) 上行通信中用户导频数量少、分布不均匀, 导致传统内插信道估计方

法产生误码平层的问题, 提出一种稀疏信道估计与导频优化方法. 基于压缩感知 (CS) 理论估计稀疏信道冲激

响应, 并依据 CS 理论中测量矩阵互相关最小化原理, 提出基于随机搜索的导频图案和导频功率联合优化算

法. 仿真结果表明, 所提方法在不同多径扩展信道下的性能均优于基于线性内插的最小二乘估计、未经导频

优化的 CS 信道估计以及单纯基于导频图案优化的 CS 信道估计. 水池实验分别验证了交织式和广义式子载

波分配的水声 OFDMA 上行通信性能, 在接收信噪比高于 10 dB 时利用所提方法实现了两用户接入的可靠

通信.

关键词: 水声通信, 正交频分多址, 信道估计, 压缩感知

PACS: 43.30.+m DOI: 10.7498/aps.64.154304

1 引言

随着海洋开发的不断深入, 水声通信技术

也由传统的点对点方式向多用户水下信息网

络全面发展

[1,2]

. 水声网络中常用的多址接

入技术主要包括 TDMA(time division multiple

access), CDMA(code division multiple access) 和

FDMA(frequency division multiple access) 等. 近

年来, 具有资源分配方式灵活、频谱利用率高、

抗多径能力强等特点的正交频分多址 (orthogonal

frequency division multiple access, OFDMA) 技术

逐渐受到关注, 并广泛应用于水声 MAC(Media

Access Control) 协议设计

[3,4]

. OFDMA 系统可为

用户分配一段连续的子载波, 即子带式子载波分

配 (subband Carrier Assignment Scheme, subband

CAS) 来实现频谱资源共享; 也可利用等间隔的交

织式子载波分配 (interleaved CAS) 提高信道频率

分集增益; 还可根据信道条件及用户需求灵活分

配频谱资源, 采用非等间隔的广义式子载波分配

(generalized CAS) 进一步提高系统性能

[5]

. 然而灵

活的子载波分配方式也导致用户导频在整个通信

频段内无法均匀分布, 给 OFDMA 上行通信中基于

导频辅助的信道估计方法带来挑战. 上行通信中,

经历不同信道的多个用户同时接入, 尤其对于频谱

资源有限, 多径扩展严重的水声信道, 上行接收端

如何利用各用户分配的少量、不均匀导频, 实现多

用户信道估计成为 OFDMA 上行通信亟需解决的

关键技术.

传统的基于多项式内插的方法被广泛应用于

OFDM 系统信道估计. 然而该类算法的插值性能

对导频数量与导频图案分布极为敏感, 不适用于

子载波、导频分布灵活的 OFDMA 系统. 已有大量

文献针对该问题展开研究: 文献 [6] 在子带式子载

∗

国家自然科学基金 (批准号: 11274079, 61431004, 61401114) 资助的课题.

†

通信作者. E-mail: qiaogang_hrb@hotmail.com

154304-1

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