一种缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法技术

本发明专利技术提供一种缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法，其包括如下步骤：S1、在测量目标信息之前，预先配置信道观测干扰抑制模块；S2、在测量目标信息之前，信道观测干扰抑制模块预先估计出观测干扰分量，对接收端原始频域符号进行消噪处理，构造备选观测矢量；S3、在测量目标信息过程中，根据观测干扰分量估计信息、测量压缩比和测量准则生成对应的行阶梯测量矩阵，并从若干子信道内采集数据作为最终观测矢量信息。发明专利技术能够在低值测量压缩率和深度削波的情况下，依然展现出强健的通信性能，提升了系统鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法
本专利技术涉及数字通信系统
，特别涉及一种缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法。
技术介绍
1、多载波调制技术多载波调制采用多个载波信号把数据分为若干子数据流，降低了系统对传输信道时间弥散性的敏感度，具有频谱利用率高、抗多径干扰能力强的优点，被广泛地应用在无线通信和有线通信系统中。但是多载波调制信号具有较高的峰均功率比(PAPR)，大的峰值信号经过系统内的非线性器件(如功率放大器，HPA)会引起信号畸变，产生的非线性噪声严重地影响着系统通信性能。正交频分复用(OFDM)是多载波传输方案实现方式之一。设OFDM系统具有N个子载波，一个符号周期T内输入OFDM数据矢量为X＝[X0,X1,…,XN-1]T，其中Xk∈χ表示第k个子载波的调制符号，χ为QAM星座点集合。一个T内的OFDM基带时域离散过采样信号为：其中，L为过采样因子，此时，也就是说对原始X填充(L-1)N个零生成L倍过采样输入数据矢量X'。当L＝1时，(1)式便为奈奎斯特采样率下的OFDM时域信号x(n)。PAPR是定义在一个OFDM符号周期内，信号的峰值功率与平均功率的比值：其中E{}表示统计期望。为无失真传输信号，大PAPR的OFDM信号必须要求数字器件具有很大的线性范围，但大峰值在整个信号内的比重较低，从而导致数字器件的利用率降低；另外，对于非线性数字器件，若大峰值的幅度超出了其线性工作区间，会产生明显的非线性失真，引起交调干扰和频谱扩展，导致整个系统的性能下降。因此，有效地降低信号PAPR对OFDM系统非常重要。在本专利技术中，简便起见使用xL表示xL(n)，使用xn表示x(n)。2、削波失真在发射端对多载波调制信号进行简单的削波操作可以直接有效地降低信号PAPR值，但会引入削波失真，进而造成系统通信性能的降级。设Ath为削波门限，对xn进行削波操作，得到削波后的信号为：其中，φ(xn)为xn的相位，那么对应削波比为：其中，σx为OFDM信号的平均功率均方根值。那么对应的削波率：由(3)式可知，削波后的信号可以表示为原始OFDM信号xn和削波失真信号cn的之和：cn就是本专利技术中要估计与抑制的削波失真信息。如图1所示，在一个OFDM符号周期内，cn是一种时域稀疏信号，以cn的实部为例，削波率越大，cn中非零元素个数就越少，cn的稀疏水平就越高。3、最大似然准则符号判决器假设Hk为第k个子信道的频率响应，xn经过信道传输后，得到OFDM接收信号yn，在频域内可表述为：其中，Zk为第k个子信道的信道噪声，可视为方差的高斯白噪声。根据导频信息，在理想信道估计条件下，接收机能够精确地估计出并获取信道状态信息，有假设系统完全同步，Yk经过一阶破零均衡器后，得到均衡后的符号Yeq(k)为：是干扰噪声，包含削波失真信息和信道干扰信息。通常情况下，根据最大似然准则得到Xk的频域判决符号为：其中χi∈χ，χ为QAM星座点集合，表示最大似然判决器。4、压缩感知压缩感知(CS)是近年来信号处理领域发展的一种新型数字信号处理理论。压缩感知理论可从M维采样观测值中恢复出N维原始信号，能够解决欠采样情况下信号的重构问题，主要依赖于信号的稀疏性和测量矩阵与测量基之间的非相干性，实质是稀疏约束下所测采样信号与估计信号之间的拟合过程。即已知某一个测量矩阵Φ∈M×N(MN)，未知信号c∈N×1是K稀疏矢量，在Φ作用下的线性测量y为：y＝Φc(10)定义测量压缩比为现在考虑由压缩比为ρ的测量值y重构出长度为N的信号c，然而方程(10)却有无穷多个解。由压缩感知相关理论可知，若测量次数M满足并且测量矩阵Φ满足约束等距条件(RIP)，即存在等距常量δK∈(0,1)，使得：称矩阵Φ满足K阶RIP，那么信号c可由测量值y通过最优l0范数问题精确重构：由前面可知，削波失真信息c是一种稀疏信号，为了能够利用CS算法来重建c，那么就需要先得到与c有关的测量值。通常情况下，可将Yeq(k)减去后，便得到备选的测量矢量，写成矩阵形式，有：其中，C＝Fc为所要重构的目标信号c的频域矢量，F∈N×N为离散傅里叶变换矩阵，Ξ＝n0+n1为观测干扰噪声，其中n0＝H-1Z为传输信道均衡干扰噪声，是在构造的过程中引入的判决噪声。为了能够使用压缩感知算法从备选的测量序列中精确地重构出目标信号c，理想情况下，希望从中采集出含有与C相关的信息量越多越好，即测量信噪比越大越好。然而，由式(13)可知，中除了有用信息C外，还包含着大量的观测干扰噪声Ξ，进而显著地影响着压缩感知算法性能。假设第k子信道的原始调制符号Xk＝χa∈χ，调制星座点χa的有效判决区间其中的半径为μ，不同子信道的Ξk的对的影响不同：1)如图2(a)所示，若某些子信道内受的影响较小(其中)，满足则有此时n1(k)＝0，Ξk＝n0(k)，2)如图2(b)所示，而某些子信道受的污染较为严重，以致于Yeq(k)跨越出了χa的有效判决区间经过最大似然判决器后有此时Ξk＝n0(k)+n1(k)，因此，不同子信道内的测量信噪比MSNR是有差异的，MSNR显著地影响了压缩感知算法对c的重构性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法。一种缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、在测量目标信息之前，预先配置信道观测干扰抑制模块；所述信道观测干扰抑制模块包括信道均衡噪声估计子模块、判决噪声估计子模块和行阶梯测量矩阵生成子模块；S2、在测量目标信息之前，信道观测干扰抑制模块预先估计出观测干扰分量，对接收端原始频域符号进行消噪处理，构造备选观测矢量；S3、在测量目标信息过程中，根据观测干扰分量估计信息、测量压缩比和测量准则生成对应的行阶梯测量矩阵，并从若干子信道内采集数据作为最终观测矢量信息。在本专利技术所述的缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法中，所述步骤S2包括：S21、在所述信道均衡噪声估计子模块中，根据接收端原始频域符号和削波率信息估计出子信道均衡干扰分量；S22、根据S21，从接收端原始频域符号中剔除该子信道均衡干扰分量，对特定种类子信道的数据信息进行处理，得到经过处理后的接收频域符号。S23、对经过步骤S22处理后的接收频域符号进行最大似然判决，得到各个子信道的解映射星座点；S24、根据步骤S23中的解映射星座点，构造备选观测矢量；S25、在所述判决噪声估计子模块中，根据步骤S23解映射星座点、接收端原始频域符号和削波率信息估计出步骤S23引入的判决噪声；在本专利技术所述的缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法中，所述步骤S3包括：S31、在行阶梯测量矩阵生成子模块中，根据S25获得的判决噪声估计信息，结合测量目标压缩比和目标信息测量准则，产生对应的行阶梯测量矩阵；S32、在测量目标信息过程中，根据S24获得的备选观测矢量、S25获得的判决噪声估计信息以及S31获得的行阶梯测量矩阵从判决噪声干扰相比后相对小的子信道内采集数据，确定最终观测矢量。在本专利技术所述的缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法中，所述步骤S3之后还包括：S4、采用贪婪类压缩感知算法，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、在测量目标信息之前，预先配置信道观测干扰抑制模块；所述信道观测干扰抑制模块包括信道均衡噪声估计子模块、判决噪声估计子模块和行阶梯测量矩阵生成子模块；S2、在测量目标信息之前，信道观测干扰抑制模块预先估计出观测干扰分量，对接收端原始频域符号进行消噪处理，构造备选观测矢量；S3、在测量目标信息过程中，根据观测干扰分量估计信息、测量压缩比和测量准则生成对应的行阶梯测量矩阵，并从若干子信道内采集数据作为最终观测矢量信息。

【技术特征摘要】
1.一种缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1、在测量目标信息之前，预先配置信道观测干扰抑制模块；所述信道观测干扰抑制模块包括信道均衡噪声估计子模块、判决噪声估计子模块和行阶梯测量矩阵生成子模块；S2、在测量目标信息之前，信道观测干扰抑制模块预先估计出观测干扰分量，对接收端原始频域符号进行消噪处理，构造备选观测矢量；S3、在测量目标信息过程中，根据观测干扰分量估计信息、测量压缩比和测量准则生成对应的行阶梯测量矩阵，并从若干子信道内采集数据作为最终观测矢量信息。2.如权利要求1所述的缓解观测干扰的多载波非线性削波失真压缩感知估计方法，其特征在于，所述步骤S2包括S21、在所述信道均衡噪声估计子模块中，根据接收端原始频域符号和削波率信息估计出子信道均衡干扰分量；S22、根据S21，从接收端原始频域符号中剔除该子信道均衡干扰分量，对特定种类子信道的数据信息进行处理，得到经过处理后的接收频域符号。S23、对经过步骤S22处理后的接收频域符号进行最大似然判决，得到各个子信道的解映射星座点；S24、根据步骤S23中的解...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗圃，朱秉诚，吴乐南，宋康，戚晨皓，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37