基于OMMP算法的OFDM系统信道估计-AET-电子技术应用

基于OMMP算法的OFDM系统信道估计

来源：电子技术应用2014年第4期

罗振龙, 疏中凡，姜媛媛

(安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001)

摘要：针对基于压缩感知的信道估计中常用的正交匹配追踪算法(OMP)，为提高算法效率提出一种其改进型算法——正交多重匹配追踪(OMMP)。该算法相比较于OMP算法通过在每次迭代中选择多个最匹配原子，达到更快速收敛的目的。通过实验仿真两种算法在不同信道径数下的估计性能和运行时间发现，在信道径数较大的情况下，OMMP算法的估计性能与OMP算法相当，且效率更高。由此可见OMMP算法有着一定的实际应用价值。

关键词： 无线网络压缩感知信道估计正交匹配追踪正交多重匹配追踪

中图分类号：TN911.23
文献标识码：A
文章编号： 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

近年来无线通信领域得到了迅猛的发展，随着第四代移动通信标准LTE/LTE-A的应用以及无线局域网的大规模部署，其中的主要技术——正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)也应用得越来越广泛。OFDM系统的发射接收需要了解信道的状态信息，因此研究在无线信道下的OFDM信道估计技术有着十分重要的工程意义。
压缩感知CS(Compressed Sensing)作为最近几年在应用数学和信号处理领域兴起的一门新理论，其主要思想是：利用信号的稀疏特性，通过尽量少次数的观测数据恢复原信号。经过长期大量的研究发现，无线信道存在着天然的稀疏性，即信道长度较长，但实际的信道径数较少。利用这种稀疏性，但以在较少导频数量的情况下得到信道信息。目前国内外有许多学者将目光投注到压缩感知技术在信道估计领域的应用，其中主要包括超宽带(UWB)系统、OFDM系统。本文首先研究了压缩感知在OFDM系统中的应用，在估计性能相似的情况下，引进了一种改进型的正交匹配追踪OMP(Orthogonal Matching Pursuit)算法——正交多重匹配追踪OMMP(Orthogonal Multimatching Pursuit)，相比于原算法可以在一定程度上减少算法复杂度，对于移动设备在进行信道估计时减少系统开销、节约能量有着积极的意义。
1 压缩感知理论
压缩感知[1-3]理论本身的意义是对信号的高度不完备线性测量后的高精确重建。相比于依赖奈奎斯特采样定理的测量，该理论是解决目前ADC采样速率不够高、移动终端设备计算能力有限等问题的有力方法。

表1中给出了30 dB时信道估计在各种算法下运行1 000次后的平均运行时间，从中可以看出，当信道径数为6时，OMMP算法与OMP算法的运行时间接近。当信道径数为12时，使用OMMP算法可以比OMP算法节省0.004 s以上，达到系统运行时间的20%，效益比较可观。

综上分析，OMMP算法在信道径数较低时表现不及OMP算法，同时在运行时间上的优势也难以体现。随着信道取大径数时，OMMP算法的性能与OMP算法相当，而且运行时间明显优于OMP。因此在一些径数较多的信道环境中，基于OMMP算法的信道估计是一种更好的选择。
回顾了基于OMP算法的信道估计，为了进一步减少算法运行的时间，在此基础上引入OMMP算法。结合信道环境经过仿真分析发现，该算法在较多径数的情况下，性能与OMP算法相当且效率更高。因此在工程应用中具有一定的实际意义。然而该算法基于信道稀疏度已知的假设，且随着多重因子的取值越来越大，算法的重构精度也存在着降低的现象，低信噪比时OMMP算法和OMP算法一样会发生性能严重恶化，这些都是今后工作中亟待解决的问题。
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