《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于OMMP算法的OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2014年第4期
羅振龍, 疏中凡， 姜媛媛
(安徽理工大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院， 安徽 淮南232001)
摘要： 針對(duì)基于壓縮感知的信道估計(jì)中常用的正交匹配追蹤算法(OMP)，為提高算法效率提出一種其改進(jìn)型算法——正交多重匹配追蹤(OMMP)。該算法相比較于OMP算法通過在每次迭代中選擇多個(gè)最匹配原子，達(dá)到更快速收斂的目的。通過實(shí)驗(yàn)仿真兩種算法在不同信道徑數(shù)下的估計(jì)性能和運(yùn)行時(shí)間發(fā)現(xiàn)，在信道徑數(shù)較大的情況下，OMMP算法的估計(jì)性能與OMP算法相當(dāng)，且效率更高。由此可見OMMP算法有著一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
中圖分類號(hào)： TN911.23
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2014)04-0106-03
OMMP algorithm based on channel estimation for OFDM systems
Luo Zhenlong， Shu Zhongfan， Jiang Yuanyuan
Electrical and Information Engineering College, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001,China
Abstract： Aiming at Orthogonal Matching Pursuit(OMP) commonly used in compressed sensing based channel estimation algorithm,this paper presents a modified algorithm——Orthogonal Multimatching Pursuit(OMMP) to improve efficiency of the algorithm.Compared to OMP algorithm,the modified algorithm select the more best match atoms in each iteration,to achieve the faster rate of convergence.In the numerical experiments,we simulated estimation performance and running time of two algorithms in different numbers of multipaths.The result indicates that OMMP has a similar performance with OMP,and more efficient,in large number of multipath.It can be seen that the OMMP algorithm has a certain practical value.
Key words : compressed sensing; channel estimation; orthogonal matching pursuit; orthogonal multimatching pursuit; OFDM

    近年來無線通信領(lǐng)域得到了迅猛的發(fā)展，隨著第四代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)LTE/LTE-A的應(yīng)用以及無線局域網(wǎng)的大規(guī)模部署，其中的主要技術(shù)——正交頻分復(fù)用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)也應(yīng)用得越來越廣泛。OFDM系統(tǒng)的發(fā)射接收需要了解信道的狀態(tài)信息，因此研究在無線信道下的OFDM信道估計(jì)技術(shù)有著十分重要的工程意義。
    壓縮感知CS(Compressed Sensing)作為最近幾年在應(yīng)用數(shù)學(xué)和信號(hào)處理領(lǐng)域興起的一門新理論，其主要思想是：利用信號(hào)的稀疏特性，通過盡量少次數(shù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)原信號(hào)。經(jīng)過長期大量的研究發(fā)現(xiàn)，無線信道存在著天然的稀疏性，即信道長度較長，但實(shí)際的信道徑數(shù)較少。利用這種稀疏性，但以在較少導(dǎo)頻數(shù)量的情況下得到信道信息。目前國內(nèi)外有許多學(xué)者將目光投注到壓縮感知技術(shù)在信道估計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，其中主要包括超寬帶(UWB)系統(tǒng)、OFDM系統(tǒng)。本文首先研究了壓縮感知在OFDM系統(tǒng)中的應(yīng)用，在估計(jì)性能相似的情況下，引進(jìn)了一種改進(jìn)型的正交匹配追蹤OMP(Orthogonal Matching Pursuit)算法——正交多重匹配追蹤OMMP(Orthogonal Multimatching Pursuit)，相比于原算法可以在一定程度上減少算法復(fù)雜度，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備在進(jìn)行信道估計(jì)時(shí)減少系統(tǒng)開銷、節(jié)約能量有著積極的意義。
1 壓縮感知理論
   壓縮感知[1-3]理論本身的意義是對(duì)信號(hào)的高度不完備線性測(cè)量后的高精確重建。相比于依賴奈奎斯特采樣定理的測(cè)量，該理論是解決目前ADC采樣速率不夠高、移動(dòng)終端設(shè)備計(jì)算能力有限等問題的有力方法。




    表1中給出了30 dB時(shí)信道估計(jì)在各種算法下運(yùn)行1 000次后的平均運(yùn)行時(shí)間，從中可以看出，當(dāng)信道徑數(shù)為6時(shí)，OMMP算法與OMP算法的運(yùn)行時(shí)間接近。當(dāng)信道徑數(shù)為12時(shí)，使用OMMP算法可以比OMP算法節(jié)省0.004 s以上，達(dá)到系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的20%，效益比較可觀。

 

 

    綜上分析，OMMP算法在信道徑數(shù)較低時(shí)表現(xiàn)不及OMP算法，同時(shí)在運(yùn)行時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)也難以體現(xiàn)。隨著信道取大徑數(shù)時(shí)，OMMP算法的性能與OMP算法相當(dāng)，而且運(yùn)行時(shí)間明顯優(yōu)于OMP。因此在一些徑數(shù)較多的信道環(huán)境中，基于OMMP算法的信道估計(jì)是一種更好的選擇。
    回顧了基于OMP算法的信道估計(jì)，為了進(jìn)一步減少算法運(yùn)行的時(shí)間，在此基礎(chǔ)上引入OMMP算法。結(jié)合信道環(huán)境經(jīng)過仿真分析發(fā)現(xiàn)，該算法在較多徑數(shù)的情況下，性能與OMP算法相當(dāng)且效率更高。因此在工程應(yīng)用中具有一定的實(shí)際意義。然而該算法基于信道稀疏度已知的假設(shè)，且隨著多重因子的取值越來越大，算法的重構(gòu)精度也存在著降低的現(xiàn)象，低信噪比時(shí)OMMP算法和OMP算法一樣會(huì)發(fā)生性能嚴(yán)重惡化，這些都是今后工作中亟待解決的問題。
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