检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王燕燕哈尔滨工程大学

学位级别：博士

与有线通信系统相比,无线通信系统的传输环境比较复杂,导致其性能会受到无线传输信道的影响。特别值得注意的是无线通信信道的传输延迟引起的多径效应,导致严重的码间干扰,影响通信质量。为提高无线通信质量,降低系统误码率,消除多径效... 详细信息

与有线通信系统相比,无线通信系统的传输环境比较复杂,导致其性能会受到无线传输信道的影响。特别值得注意的是无线通信信道的传输延迟引起的多径效应,导致严重的码间干扰,影响通信质量。为提高无线通信质量,降低系统误码率,消除多径效应造成的码间干扰,需要对无线通信信道进行有效估计,即信道估计。另外,由于多径效应的缘故,无线通信信道中的冲击响应通常表现出稀疏性。因此,本文旨在利用无线通信信道固有稀疏特性,针对不同应用环境,研究和开发新的稀疏信道估计算法,弥补现有稀疏信道估计算法性能缺陷,进一步提升自适应信道估计性能,实现对无线通信中稀疏信道的有效估计,并通过模拟、仿真验证了所提新算法的正确性和有效性。本论文的具体研究工作如下:针对低信噪比通信环境,采用混合误差、压缩感知理论和l1范数,提出了零吸l2-lp算法,实现低信噪比自适应稀疏信道估计算法的研究与设计。针对零吸l2-lp算法在稀疏信道估计中对所有抽头系数具有相同零吸力的问题,提出采用对数加权的方法,构建动态稀疏约束和互相关熵诱导度量约束机制,实现了稀疏l2-lp算法的设计。运用近似方法分析了所提新算法的稳态收敛性,获得了新算法步长参数的约束边界条件;采用仿真、对比的方法验证了所提新算法的性能,结果表明所提新算法在低信噪比通信环境下稀疏信道估计中能有效降低稳态估计误差并提高收敛速度。针对高斯应用环境,基于压缩感知理论,采用l1范数、对数加权和熵诱导度量方法,在集员滤波理论框架下,提出了低复杂度稀疏归一化最小均方算法,即低复杂度自适应稀疏信道估计算法(零吸 SM-NLMS(Set-membership normalized least mean square)算法、加权零吸SM-NLMS算法、互相关熵诱导度量约束的SM-NLMS算法)。为进一步降低所提算法的复杂度和稳态估计误差,提出了线性函数近似方法,实现了线性函数近似约束的SM-NLMS算法设计。通过对新提出的稀疏SM-NLMS算法零吸项零吸引能力的研究分析和所提新算法复杂度计算分析,表明线性函数近似约束的SM-NLMS算法具有相对较低计算复杂度和较优稳态误差性能。基于能量守恒原理,采用近似方法分析了新提出的线性函数近似约束的SM-NLMS算法的稳态收敛性,得到了该算法在稳态收敛条件下的稳态均方误差,并在高斯环境下通过对时变稀疏信道估计的仿真实验和对比分析,验证了所提新算法性能的优越性。针对非高斯应用环境,基于最大相关熵准则,利用混合范数,提出了稳健稀疏最大相关熵算法(混合范数约束的最大相关熵算法),并采用增益分配矩阵,实现了成比例稀疏最大相关熵算法的设计。通过在不同输入信号(白输入和色输入)和不同脉冲噪声(高斯混合分布脉冲噪声和Alpha稳态分布脉冲噪声)环境下,用仿真的方式验证了所提新算法的性能和稳健性,证明了所提新算法具有较低的稳态估计误差和快速的收敛特性。最终,针对典型的稀疏水声通信信道,模拟了一个水声信道估计系统,并用Waymark模拟该系统中的真实水声信道。根据上述不同应用环境,将设计与开发的新算法在相应的应用场景下对Waymark模拟的水声信道进行有效估计,仿真实验结果表明所提出的新算法对水声通信信道估计的有效性,从而验证了所提新算法的实用性。

关键词：无线稀疏信道自适应信道估计算法压缩感知稀疏特性收敛速度稳态估计误差稀疏惩罚项

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RIS辅助无线系统中基于压缩感知的稀疏度自适应级联信道估计方法研究

引用

信号处理 2022年第10期38卷 2173-2179页

作者：米连锋何雪云孙林慧南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

为了解决可重构智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)辅助无线通信系统中级联信道的估计问题,本文提出了一种基于压缩感知(Compressive Sensing,CS)的自适应双结构稀疏正交匹配追踪算法(Adaptive Double-Structured Orthogonal Matching Pursuit,ADS-OMP)。已有的双结构稀疏正交匹配追踪算法(Double-Structured Orthogonal Matching Pursuit,DS-OMP)利用级联信道的双结构稀疏特性即行稀疏特性和列稀疏特性来提高算法估计性能,但需要已知相关信道稀疏度信息。本文提出的ADS-OMP算法在现有的DS-OMP算法基础上设计合理的判决准则和迭代阈值来估计相关稀疏度,从而能在角域级联信道的行稀疏度和列稀疏度均未知的情况下完成级联信道估计,有效克服了现有DS-OMP算法对相关信道稀疏度的依赖,算法实用性更强。仿真结果表明,本文提出的ADS-OMP算法和已有DS-OMP算法估计性能一致,算法复杂度在同一数量级上,前者复杂度略微提升。

关键词：可重构智能超表面级联信道估计双结构稀疏特性自适应信道估计算法

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RIS辅助的无线通信系统中信道估计问题研究

RIS辅助的无线通信系统中信道估计问题研究

引用

作者：米连锋南京邮电大学

学位级别：硕士

可重构智能超表面(Reflecting Intelligent Surface,RIS)技术作为一门新兴通信技术,通过布置大量的RIS无源元件来人为改善无线通信过程中的通信环境,以极低的硬件成本就可以获取较高的通信质量,被公认为是未来最具潜力的通信技术之一。... 详细信息

可重构智能超表面(Reflecting Intelligent Surface,RIS)技术作为一门新兴通信技术,通过布置大量的RIS无源元件来人为改善无线通信过程中的通信环境,以极低的硬件成本就可以获取较高的通信质量,被公认为是未来最具潜力的通信技术之一。RIS辅助无线通信系统的通信信道由直接信道和级联信道两部分构成,直接信道可以用常规信道估计算法估计,但级联信道估计存在两大难点:第一,RIS的组成元件是无源器件,不能对导频信号进行发射、接收或处理;第二,RIS一般由大量的反射单元构成,导致级联信道的维度比常规信道大很多。因此,级联信道估计问题成为了RIS辅助移动通信系统的研究重点。压缩感知(Compressive Sensing,CS)技术作为一种新型的信号处理技术,能同时对数据进行采集和压缩等操作,其信号采样速率远低于奈奎斯特采样频率,极大地节省了传输成本,解决了大数据量信息进行信号处理时带来的难题。CS技术主要用于获取、处理和恢复稀疏信号,被经常应用于移动通信系统的信道估计之中。本文重点研究基于压缩感知理论的RIS辅助无线通信系统级联信道的稀疏度自适应信道估计方法,同时研究RIS反射系数的设计对级联信道稀疏度自适应估计算法性能的影响。本文的主要研究内容与工作如下:(1)通过研究大量稀疏度自适应信道估计算法的基本思想和基本方法,以双结构稀疏正交匹配追踪算法(Double-Structured Orthogonal Matching Pursuit,DS-OMP)为基础,提出了针对RIS辅助无线通信系统级联信道估计的自适应双结构稀疏正交匹配追踪算法(Adaptive Double-Structured Orthogonal Matching Pursuit,ADS-OMP)。ADS-OMP算法无需知道角域级联信道行稀疏度、列稀疏度和公共列稀疏度等稀疏度信息便可实现对级联信道的高质量重建,解决了DS-OMP算法对角域级联信道稀疏度信息过度依赖的问题,实现了对级联信道的稀疏度自适应信道估计。仿真结果表明,在不同的信噪比下,ADS-OMP算法的归一化均方误差(Normalized Mean Square Error,NMSE)性能曲线与DS-OMP算法的性能曲线高度吻合,两者具有近似一致的信道估计能力,另一方面,ADS-OMP的复杂度较DS-OMP算法略有提升,但ADS-OMP算法不依赖级联信道相关的稀疏度,算法的实用性更强。(2)通过对大量经典压缩感知算法的研究学习,在ADS-OMP算法的基础上进一步加以改进,提出了基于广义正交匹配追踪算法(Generalized Orthogonal Matching Pursuit,GOMP)的自适应双结构稀疏广义正交匹配追踪算法(Adaptive Double-Structured Generalized Orthogonal Matching Pursuit,ADS-GOMP)。ADS-GOMP主要在原子筛选方法上加以改进,与ADS-OMP算法每次只筛选一个原子不同,该算法结合GOMP算法根据信号稀疏度调整原子筛选个数的思想,在算法的最后阶段根据已经估计得到的列稀疏度和公共列稀疏度等信息动态调整原子筛选个数。在重建稀疏度较大的信号时,该算法拥有比ADS-OMP算法更快的收敛速度。仿真结果表明,在低信噪比时,ADS-GOMP算法拥有和ADS-OMP算法近似一致的信道估计能力,当用户数为32时,算法复杂度较ADS-OMP最高降低20%以上,且随着角域级联信道稀疏度的增大会进一步降低。随着信噪比的提升,ADS-GOMP会与ADS-OMP算法存在较小的性能差距,但不超过1d B。(3)研究RIS反射系数的设计对ADS-OMP算法和ADS-GOMP算法估计性能的影响。在基于压缩感知的信道估计框架下,反射系数矩阵与等效测量矩阵一一对应,RIS系统反射系数的设计问题可以转化成为压缩感知理论中等效测量矩阵的优化问题。通过对大量测量矩阵优化算法的学习,研究了基于差分进化算法的测量矩阵优化算法,并对种群的选择方式加以改进,进一步提高优化效果。仿真结果表明,改进后的测量矩阵优化算法可以获得具有较小互相关值的测量矩阵,并在此基础上得到优化后的等效测量矩阵,由此求出对应的反射系数矩阵,完成反射系数的设计。将优化前后的等效测量矩阵分别利用ADS-OMP算法和ADS-GOMP算法进行实验仿真,结果表明,对于ADS-OMP算法和ADS-GOMP算法而言,等效测量矩阵的优化可以给算法带来信道估计性能的提升,且在低信噪比时尤为明显,提升约1-2d B。

关键词：可重构智能超表面压缩感知理论级联信道估计双结构稀疏特性自适应信道估计算法

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