基于消息传递的稀疏自适应匹配追踪水声信道估计方法

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作者 潘鸿宝 孙瑶 +2 位作者 韩笑 张哲铭 李伟哲 《信号处理》 北大核心 2025年第6期1121-1132,共12页

水声通信中多径效应会导致接收信号发生畸变,进而在时域上引发严重的码间干扰,频域上则表现为频率选择性衰落。针对水声通信中的稀疏多径信道估计问题,本文提出一种基于广义近似消息传递(Generalized Approximate Message Passing,GAMP... 水声通信中多径效应会导致接收信号发生畸变,进而在时域上引发严重的码间干扰,频域上则表现为频率选择性衰落。针对水声通信中的稀疏多径信道估计问题,本文提出一种基于广义近似消息传递(Generalized Approximate Message Passing,GAMP)的稀疏自适应匹配追踪(Sparse Adaptive Matching Pursuit,SAMP)算法。SAMP算法属于贪婪算法的一种,该方法结合了自下而上和自上而下的两种方式,通过一种基于原子匹配测试的方法,以迭代的方式逐步增加支撑集大小来逼近观测信号的稀疏度,从而摆脱了对稀疏度先验信息的依赖。GAMP算法则是对早期的近似消息传递方法的一种扩展,有着复杂度低,适应性好的优势。通过在SAMP算法计算得到的支撑集内,利用GAMP子迭代算法取代原本的最小二乘运算,能够实现对信道幅度信息的高精度估计。由于GAMP算法只涉及标量运算,并且只在SAMP最后一次迭代中对信道进行精确计算,因此得以显著降低算法的计算复杂度。通过对该算法进行数值仿真并将其应用于水声OFDM通信系统,基于2024年南海西部声学涡旋调查试验数据可以验证,GAMP-SAMP算法相较于SAMP算法在信道估计性能上有所提升,在实际应用中具有显著优势。 展开更多

关键词 匹配追踪 近似消息传递 水声信道估计 稀疏自适应 水声通信

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基于MCMC采样器的簇稀疏水声信道估计方法 被引量：13

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作者 张舒然 武岩波 朱敏 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期201-212,共12页

针对实际水声信道存在簇稀疏特性,提出了一种多层贝叶斯模型下基于马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)采样器的正交频分复用(OFDM)水声通信信道估计方法。利用簇稀疏水声信道的结构特性对信道的先验分布进行建模,借助贝叶斯推断和接收信号的似然... 针对实际水声信道存在簇稀疏特性,提出了一种多层贝叶斯模型下基于马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)采样器的正交频分复用(OFDM)水声通信信道估计方法。利用簇稀疏水声信道的结构特性对信道的先验分布进行建模,借助贝叶斯推断和接收信号的似然函数得到信道模型参数的后验分布,采用MCMC采样器对信道模型参数的后验条件分布进行采样从而得到稀疏水声信道的最大后验估计。仿真对比不同接收信噪比下该方法与基于最小平方、匹配跟踪和逐步正交匹配跟踪信道估计方法的性能。湖试试验表明,该方法能够在无任何信道先验信息下实现准确的OFDM水声信道估计和跟踪译码,实现了通信距离600 m到3 500 m、传输速率6. 08 kbps的OFDM水声通信。 展开更多

关键词 簇稀疏水声信道估计 MCMC采样器 贝叶斯模型 水声通信 OFDM系统

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一种基于DFT时域插值的OFDM水声信道估计改进方法

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作者 杨波 朱敏 +1 位作者 武岩波 孙晓艳 《应用声学》 CSCD 北大核心 2012年第5期352-357,共6页

信道估计作为OFDM通信系统中的重要部分,其性能关系到整个系统的误比特率。本文提出了一种基于DFT时域插值的信道估计改进方法,用于OFDM水声通信系统。该方法利用噪声门限抑制多径之间的信道估计噪声,计算简单,达到较好的信道估计效果... 信道估计作为OFDM通信系统中的重要部分,其性能关系到整个系统的误比特率。本文提出了一种基于DFT时域插值的信道估计改进方法,用于OFDM水声通信系统。该方法利用噪声门限抑制多径之间的信道估计噪声,计算简单,达到较好的信道估计效果。对该方法进行了理论分析,仿真实验以及海试。在海试中得到传输距离2km,有效数据率2.8kbit/s,证明该方法可以用于中短程浅海水声通信。 展开更多

关键词 正交频分复用 水声通信 信道估计 海试

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基于导频增益因子的水声信道和脉冲噪声联合估计

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作者 冉艳玲 邢传玺 +2 位作者 谈光枝 卢茂 孟强 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第14期112-120,共9页

针对浅海脉冲噪声导致水声OFDM通信系统信道估计性能下降的问题,提出一种基于导频增益因子的TMSBL信道和脉冲噪声联合估计方法。该方法将联合估计问题转换为多测量向量压缩感知问题,引入导频增益因子放大导频字典矩阵,利用TMSBL算法实... 针对浅海脉冲噪声导致水声OFDM通信系统信道估计性能下降的问题,提出一种基于导频增益因子的TMSBL信道和脉冲噪声联合估计方法。该方法将联合估计问题转换为多测量向量压缩感知问题,引入导频增益因子放大导频字典矩阵,利用TMSBL算法实现对信道和脉冲噪声联合矩阵的稀疏重构,然后从矩阵中分离信道和脉冲噪声。仿真结果表明,在强脉冲环境下,所提算法相较于TMSBL联合估计方法,信道估计的NMSE降低了87.20%,获得了更高的估计精度;运行时间下降了61.44%,显著降低了算法的复杂度。因此,引入导频增益因子放大导频字典矩阵,能有效地提高联合估计方法的性能,为水声信道和脉冲噪声联合估计提供参考。 展开更多

关键词 脉冲噪声 TMSBL 水声信道估计 信道和脉冲噪声联合估计

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长时延扩展水声信道的联合稀疏恢复估计 被引量：9

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作者 周跃海 曹秀岭 +1 位作者 陈东升 童峰 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期165-172,共8页

对具有长时延扩展的水声信道,传统的信道估计算法如最小二乘法将在大量零值抽头产生严重的估计噪声,导致估计性能下降,同时信道估计时所需的较高估计器阶数大大提高了运算复杂度。压缩感知信道估计方法可有效利用多径稀疏特性改善性能,... 对具有长时延扩展的水声信道,传统的信道估计算法如最小二乘法将在大量零值抽头产生严重的估计噪声,导致估计性能下降,同时信道估计时所需的较高估计器阶数大大提高了运算复杂度。压缩感知信道估计方法可有效利用多径稀疏特性改善性能,但需采用较大的训练序列长度以保证稀疏恢复精度,由此导致额外的系统开销。利用水声信道多径稀疏结构在数据块间存在的相关性,建立基于分布式压缩感知的长时延水声信道联合稀疏模型,从而可利用同步正交匹配追踪算法进行联合重构,以进一步减小系统的训练序列开销,提高估计性能。最后通过仿真和海上实验验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 长时延水声信道 分布式压缩感知 同步正交匹配追踪 水声信道估计

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采用时域联合稀疏恢复的多输入多输出水声信道压缩感知估计 被引量：3

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作者 周跃海 吴燕艺 +1 位作者 陈东升 童峰 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第8期1920-1927,共8页

多输入多输出(MIMO)水声通信技术可以在极其有限的水声信道频带资源内提高信道容量,但多径和同道干扰的同时存在,使传统信道估计算法如最小二乘算法、压缩感知估计算法的性能急剧下降。考虑到通信数据块间水声信道多径结构存在一定的相... 多输入多输出(MIMO)水声通信技术可以在极其有限的水声信道频带资源内提高信道容量,但多径和同道干扰的同时存在,使传统信道估计算法如最小二乘算法、压缩感知估计算法的性能急剧下降。考虑到通信数据块间水声信道多径结构存在一定的相关性,该文利用这种数据块间多径结构的时间域相关性建立水声MIMO信道的时域联合稀疏模型,并利用同步正交匹配追踪算法进行多个数据块联合稀疏恢复信道估计,提高MIMO信道多径稀疏位置的检测增益并抑制同道干扰,提高水声MIMO信道的估计性能。仿真和MIMO水声通信海试实验表明了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 MIMO水声信道估计 同道干扰 分布式压缩感知 同步正交匹配追踪

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单输入多输出水声信道的联合稀疏恢复估计 被引量：1

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作者 周跃海 曹秀岭 +1 位作者 童峰 陈东升 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期2321-2329,共9页

单输入多输出(SIMO)水声通信系统可利用空间分集获取性能增益,考虑到水声信道垂直相关半径通常大于SIMO接收阵的阵元间距,因此各个SIMO信道响应的多径稀疏结构具有较强的相关性。利用SIMO信道间存在的稀疏相关性,提出分布式压缩感知(CS... 单输入多输出(SIMO)水声通信系统可利用空间分集获取性能增益,考虑到水声信道垂直相关半径通常大于SIMO接收阵的阵元间距,因此各个SIMO信道响应的多径稀疏结构具有较强的相关性。利用SIMO信道间存在的稀疏相关性,提出分布式压缩感知(CS)框架的SIMO水声信道联合稀疏恢复估计算法,与传统CS信道估计方法只利用信道自身稀疏性相比,联合稀疏恢复估计方法可进一步利用信道间多径结构的相关性提高稀疏重构性能。仿真和海试SIMO水声通信实验表明:与传统估计方法相比,利用多通道联合稀疏恢复可有效提高SIMO信道估计性能,特别是可获取较低信噪比条件下的性能改善。 展开更多

关键词 声学 单输入多输出 联合稀疏恢复 分布式压缩感知 水声信道估计

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水声变换域通信技术中的MMP-DCD稀疏信道估计方法 被引量：5

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作者 王永刚 孙大军 +2 位作者 吴腾飞 张友文 张晓亮 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期727-732,共6页

针对带限的水声通信系统在干扰严重的水下环境中性能严重恶化问题,本文将变换域通信系统(TDCS)技术引入水声通信领域,利用水声信道的稀疏特性,提出了一种基于对分坐标下降(DCD)技术的多路径匹配追踪(MMP)稀疏水声信道估计方法,该方法满... 针对带限的水声通信系统在干扰严重的水下环境中性能严重恶化问题,本文将变换域通信系统(TDCS)技术引入水声通信领域,利用水声信道的稀疏特性,提出了一种基于对分坐标下降(DCD)技术的多路径匹配追踪(MMP)稀疏水声信道估计方法,该方法满足约束等距限制(RIP),每次搜索出与残差向量最相关的多个可能的支撑集,而DCD技术可以解决MMP信道估计算法中矩阵求逆带来的运算量大以及数值不稳定问题,特别适用于FPGA等定点硬件平台。研究结果表明:MMP-DCD算法估计所得的水声信道均方误差、误码率性能比最小二乘法好;卷积码编码可以降低该通信系统误码率。 展开更多

关键词 变换域通信系统 压缩感知 水声信道估计 最小二乘法 多路径匹配追踪 对分坐标下降算法 约束等距限制 MMP-DCD

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基于分数阶傅里叶变换的水声信道参数估计 被引量：1

9

作者 宋军 刘平香 张刚强 《声学技术》 CSCD 2014年第2期172-175,共4页

准确估计水声信道参数,对提高通信系统的性能有着重要的意义。Chirp脉冲有良好的相关性,常被用作信道探测信号。鉴于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)对chirp类信号的处理特性,用chirp信号作为测量信号,FRFT作为后... 准确估计水声信道参数,对提高通信系统的性能有着重要的意义。Chirp脉冲有良好的相关性,常被用作信道探测信号。鉴于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)对chirp类信号的处理特性,用chirp信号作为测量信号,FRFT作为后端处理技术,可以得到很好的处理效果。研究了基于FRFT的水声信道多途时延和多普勒频偏参数估计的原理和方法,该方法通过发射具有正、负调频斜率的组合线性调频信号,在接收端根据FRFT幅值输出的峰值位置估计信道参数。仿真结果表明,此方法计算量与FFT相当,且有较高的估计精度。 展开更多

关键词 水声信道估计 时延 多普勒频移 分数阶傅里叶变换

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水下FBMC系统的离散导频信道估计技术研究 被引量：6

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作者 刘珍 郭银景 杨文健 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第2期179-185,共7页

水下环境的复杂性对水声通信带来挑战,一般通过优化信道估计技术来实现水下通信的高速率、可靠性传输。将滤波器组多载波/交错正交幅度调制(filter bank based multicarrier/offset quadrature amplitude modulation, FBMC/OQAM)技术引... 水下环境的复杂性对水声通信带来挑战,一般通过优化信道估计技术来实现水下通信的高速率、可靠性传输。将滤波器组多载波/交错正交幅度调制(filter bank based multicarrier/offset quadrature amplitude modulation, FBMC/OQAM)技术引入水下,研究FBMC/OQAM系统中信道估计技术,并对离散导频信道估计算法进行重点研究。分析了不同信道影响下离散导频信道估计的性能,并针对辅助导频法额外功率消耗过高的问题进行改进,提出一种改进的辅助导频方法(improved auxiliary pilot method, IAP),降低功率消耗的同时又提高了估计性能。理论分析和水下仿真结果表明,IAP算法是水声通信实际应用中较好的选择。 展开更多

关键词 滤波器组多载波(FBMC) 水声信道估计 离散导频

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基于GPU的实时水声信道仿真实现

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作者 白敬贤 高天德 +1 位作者 夏润鹏 刘镭 《舰船科学技术》 北大核心 2017年第12期100-104,共5页

对于水下无人系统跟踪定位、水声通信等技术而言,水声信道估计的实时性至关重要。本文首先简要分析了水声在浅海中的传播特性及信道模型,包括声速建模、传播衰减建模及本征声线的搜索模型;其次为了满足水声信道估计实时性的要求,基于GP... 对于水下无人系统跟踪定位、水声通信等技术而言,水声信道估计的实时性至关重要。本文首先简要分析了水声在浅海中的传播特性及信道模型,包括声速建模、传播衰减建模及本征声线的搜索模型;其次为了满足水声信道估计实时性的要求,基于GPU利用OpenCL环境进行仿真实现。最后通过结果分析,说明了本文对于水声信道的建模合理正确,同时也满足了实时性这一要求。 展开更多

关键词 水声信道估计 本征声线搜索 实时性 GPU OPENCL

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