一種定時偏移估計度量的重構方法
【專利摘要】本發明公開了一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，包括：(a)根據定時偏移估計度量“成塊”特性優選壓縮采樣的測量矩陣；(b)利用優選的測量矩陣進行壓縮采樣；(c)根據壓縮采樣并結合定時偏移估計度量“成塊”特性，重構出定時偏移估計度量；(d)利用重構出的定時偏移估計度量，估計出定時偏移。通過本發明方案，可有效提高壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構精度，繼而提高壓縮采樣下定時偏移估計的估計精確性。
【專利說明】一種定時偏移估計度量的重構方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信系統中壓縮采樣后定時偏移估計度量的重構技術，特別是指一種 開發定時偏移估計度量的"成塊"特性進行定時偏移估計度量重構，進而提高重構精度的方 法。
【背景技術】
[0002] 在通信系統中，不精確的時間同步會引起諸如誤碼率、系統容量、中斷概率等系統 性能的嚴重下降。為降低不精確的時間同步對通信系統性能的影響，需要對定時偏移進行 精確的估計。
[0003] 在進行定時偏移估計時，將用于估計定時偏移的定時度量稱為"定時偏移估計度 量"。利用訓練序列對定時偏移進行估計是通信系統中常用的估計方法，該方法估計所采用 的定時偏移估計度量通常具有稀疏特性。也就是說，定時偏移的估計度量只有少數的幅度 值較大（不可忽略），而其他的幅度值很小（可以忽略）。同時，近年來出現的壓縮感知理 論指出，只要信號是可壓縮的或在某個變換域是稀疏的，便可以采用壓縮感知技術以遠小 于奈奎斯特采樣速率進行采樣而不損失信號信息。因此，可利用壓縮感知方法對定時偏移 估計度量進行壓縮采樣，從而降低估計所需的采樣速率、降低對采樣器件的要求。
[0004] 根據壓縮采樣得到的信號，利用稀疏信號的重構方法，可重構出定時偏移估計度 量。然而，現有的重構方法，如匹配追蹤算法、正交匹配追蹤算法、壓縮采樣匹配追蹤算法、 基追蹤算法、子空間追蹤算法等等，均不是專門針對定時偏移估計度量的重構而提出的，繼 而均沒有考慮和利用定時偏移估計度量的特性，重構得到定時偏移估計度量的正確重構性 能受到限制。事實上，定時偏移估計度量呈現出"成塊"特性。也就是說，在非壓縮采樣的 情況下，擁有不可忽略的幅度值的估計度量是靠近在一起，而不是分散開來的。
[0005] 為能更好的提高定時偏移估計度量的精度，本發明開發定時偏移估計度量的"成 塊"特性，提出一種壓縮采樣后定時偏移估計度量的重構方法。
【發明內容】
[0006] (一）發明目的
[0007] 本發明的主要目的在于提供一種壓縮采樣后定時偏移估計度量的重構方法，在進 行重構時開發定時偏移估計度量的"成塊"特性，提高定時偏移估計度量的重構精度，進而 提1?定時偏移估計的估計精度。
[0008] (二）技術方案
[0009] -種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在于，包括：
[0010] a)根據定時偏移估計度量"成塊"特性構造優選壓縮采樣的測量矩陣；
[0011] b)利用優選的測量矩陣進行壓縮采樣；
[0012] c)根據壓縮采樣并結合定時偏移估計度量"成塊"特性，重構出定時偏移估計度 量；
[0013] d)利用重構出的定時偏移估計度量，估計出定時偏移。
[0014] 進一步的，步驟a)所述的定時偏移估計度量是指用于估計定時偏移的定時度量； 所述的定時偏移估計度量"成塊"特性是指幅度值不可忽略的K個定時偏移估計度量連在 一起。
[0015] 進一步的，步驟a)包括：
[0016] al)設定定時偏移估計度量Ω的稀疏等級K，壓縮后的采樣點數M，相關性的門限 取值α ;
[0017] a2)產生MXN的隨機分布測量矩陣Φ，并對測量矩陣Φ各行進行正交化、各列進 行單位化處理；
[0018] a3)根據定時偏移估計度量"成塊"特性（幅度值不可忽略的K個定時偏移估計度 量連在一起），計算出Φ中距離不超過K的各列間的相關性，并找出這些相關性中的最大值 Corrmax ；
[0019] a4)若Corrmax大于α，返回步驟a2);否則，選擇當前構造的測量矩陣Φ為滿足要 求的優選測量矩陣。
[0020] 進一步的，步驟al)所述的定時偏移估計度量Ω為NXl的矢量，N為搜索定時 偏移時的搜索長度，根據工程精度要求與工程經驗設定；所述的稀疏等級K根據工程經 驗或實驗結果設定，例如，高斯信道下可取K = 3,多徑信道下的每條可分辨路徑處可取 K = 3 ;所述的壓縮后的采樣點數M取值為
【權利要求】
1. 一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在于，包括： a) 根據定時偏移估計度量"成塊"特性構造優選壓縮采樣的測量矩陣； b) 利用優選的測量矩陣進行壓縮采樣； c) 根據壓縮采樣并結合定時偏移估計度量"成塊"特性，重構出定時偏移估計度量； d) 利用重構出的定時偏移估計度量，估計出定時偏移。
2. 根據權利要求1所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在 于：步驟a)所述的定時偏移估計度量是指用于估計定時偏移的定時度量；所述的定時偏移 估計度量"成塊"特性是指幅度值不可忽略的K個定時偏移估計度量連在一起。
3. 根據權利要求1所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在 于，步驟a)進一步包括： al)設定定時偏移估計度量Q的稀疏等級K，壓縮后的采樣點數M，相關性的門限取值 a ; a2)產生MXN的隨機分布測量矩陣O，并對測量矩陣O的各行進行正交化、各列進行 單位化處理； a3)根據定時偏移估計度量"成塊"特性計算出O中距離不超過K的各列間的相關性， 并找出這些相關性中的最大值Corrmax ; a4)若Corrmax大于a，返回步驟a2);否則，選擇當前構造的測量矩陣O作為優選的壓 縮采樣測量矩陣。
4. 根據權利要求1所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在 于，步驟b)進一步包括： bl)構建用于壓縮采樣的優化感知矩陣? ; b2)利用構建的優化感知矩陣?，進行基于AIC(Analog to Information Converter, 模擬信息轉換器）結構的壓縮采樣，獲得長度為M的壓縮采樣信號y。
5. 根據權利要求1所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在 于，步驟c)進一步包括： cl)初始化定時偏移估計度量Q、中間變量矢量V和迭代次數Iter_num，分別取值為 Q = 0、v = y和Iter_num = 0,其中矢量0為NX 1的零矢量； c2)取代理u為u =①Hv ; c3)找到代理u中幅度值最大的元素的位置索引W1 ; c4)在索引集合{1，2,…，N}中找到最靠近位置索引W1的21(個位置索引（包括位置 索引W1),形成位置索引集合S1 ; c5)更新融合集合T為：T = supp { Q } U S1 ; c6)更新稀疏估計矢量b中對應于融合集合T所述位置索引的元素為：b|T ; c7)將稀疏估計矢量b中位置索引在融合集合T之外的元素置為0,即Mr =0 I c8)在稀疏估計矢量b中，找到幅度值最大的元素的位置索引W2 ; c9)在索引集合{1，2,…，N}中找到最靠近位置索引^的1(個位置索引（包括位置索 引W2),形成位置索引集合S2; cio)將稀疏估計矢量b中位置索引在位置索引集合S2之外的元素置為〇,即_ss = 01 Cll)將定時偏移估計度量Q更新為稀疏估計矢量b，即取Q = b ; cl2)更新中間變量矢量V為V = y-①Q ; cl3)迭代次數 Iter_num 增加 1 次，即 Iter_num = Iter_num+1 ; cl4)判斷迭代次數Iter_num是否達到了 K次，若達到了 K次，也即是Iter_num彡K則 取當前的Q為最終重構出的定時偏移估計度量；否則，返回步驟c2)。
6. 根據權利要求1所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在 于，步驟d)進一步包括： dl)根據重構出的定時偏移估計度量Q中各元素的幅度值I Qn|，n = 1，2,…，N，并 形成幅度值集合{| Q1I，I Q2I，…，I QN|}; d2)根據找到定時偏移估計度量Q中最大幅度值元素對應的位置索引，該索引即為估 計出的定時偏移的估計值。
7. 根據權利要求3所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特 征在于，該方法步驟al)所述的定時偏移估計度量Q為NXl的矢量，N為搜索定時 偏移時的搜索長度，根據工程精度要求與工程經驗設定；所述的稀疏等級K根據工程 經驗或實驗結果設定；所述的壓縮后的采樣點數M取值為ikf =[2尺l〇g20V/夂f|, 其中符號「II表示對X進行向上取整操作；相關性的門限取值a根據
設定，其中"X ! "表示對正整數X取階乘運算 操作，常數C根據工程經驗設定，滿足0 < C < 1。
8. 根據權利要求3所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在 于，該方法步驟a2)所述的隨機分布測量矩陣產生方法包括，高斯分布隨機矩陣、貝努利分 布隨機矩陣、亞高斯隨機矩陣和非常稀疏投影矩陣等已有的隨機分布測量矩陣產生方法。
9. 根據權利要求3所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征在 于，該方法步驟a3)所述的O的各列間的相關性計算，根據公式
進行計算；其中U (k，1)表示矩陣〇的第k列Ok與第1列叫間的相關性，符號 I ? I I2表示取算子2范數操作，上標"H"表示矩陣或矢量取共軛轉置操作。
10. 根據權利要求1和4所述的一種壓縮采樣下定時偏移估計度量的重構方法，其特征 在于，該方法步驟bl)所述的優化感知矩陣?為? = O V，其中，NXP的定時偏移估計嘗 試矩陣W為
P為非壓縮采樣的情況下（按奈奎斯特采樣速率進行采樣）接收信號長度，通常取 p彡2N以確保整個訓練序列在觀察范圍內，e = [^，，…，e jT為長度為L的已知的 訓練序列，上標"T"表示取轉置操作。
【文檔編號】H04J3/06GK104333430SQ201410619718
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】卿朝進, 陸晉軍, 羅渝平, 董秀成, 孫亮, 張岷濤 申請人:西華大學, 上海理想信息產業（集團）有限公司