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学习报告
项目名称：基于压缩感知的信道测试与估计
院 系 电子与信息工程学院
专 业 电子与通信工程 学生姓名 刘鹏 学 号 20132281367
指导教师 葛俊祥
二 Ｏ 一 四 年 四 月 二十二 日
目 录
一．立项依据 ........................................................................................................................... 2
1.国内外现状、水平和发展趋势 ........................................................................................... 2 2.项目研发的目的、意义 ....................................................................................................... 3 3.本项目达到的技术水平及市场前景 ................................................................................... 3
二．研发内容和目标 ........................................................................................................... 4
1.该项目主要研发内容、预期目标及解决的关键技术 ........................... 4
1.1该项目主要研发内容 ............................................... 4 1.2该项目的预期目标 ................................................. 4 1.3该项目解决的关键技术 ............................................. 5 2.该项目主要技术创新之处 ................................................. 5 3.该项目要达到的主要技术和经济指标 ....................................... 6
三．研发试验方法及采用技术路线试验方案（含创新性）及其可行性分析 ................................................................................................................................................ 6
1.研究思路和方法 ......................................................... 6 2.技术路线 ............................................................... 7 3.试验方案（含创新性） .................................................. 12 4.可行性分析 ............................................................ 12
四．研发工作安排和进度 .. ……………………………………………………………12
1.总体安排 .............................................................. 12 2.进度.................................................................. 13
五．现有研发条件和工作基础及经费预算 ......................................................... 13
1.研发基础 .............................................................. 13 2.工作条件 .............................................................. 14 3.工程概算 .............................................................. 14
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一．立项依据
1.国内外现状、水平和发展趋势
目前关于信道估计的方法从整体上可分为非盲估计和盲估计。非盲估计：在估计阶段首先借助导频或训练序列来获得导频信息，然后按照一定的估计准则确定待估计信道参数值。盲估计：不使用导频信息，而是利用调制信号本身固有的、与承载信息比特无关的一些特征来获得信道估计值的方法。盲估计与非盲估计相比能大幅度提高系统传输速率，但收敛速度慢，不利于在实际通信系统中的应用。这些估计方法在无线信道路径丰富时估计性能较好，但是在信道路径个数稀少时，估计性能则会大大降低。近年来的研究表明，无线多径信道的冲激响应往往呈现出数量相对较少的几簇重要路径集，尤其在传输带宽较大以及多天线时，这种稀疏特性会更加明显。随着无线通信系统的宽带化和高速化发展，对稀疏信道估计的研究已成为热点。
随着技术的进步，不断增长的数据总量对模数转换设备和后续的数字信号处理器以及存储设备的要求都越来越高。而传统信号处理的理论以奈奎斯特采样定理为信号的处理准则，该采样定理支配着所有信号及图像的获取、处理、存储和传输，要求采样率必须大于或等于信号带宽的两倍，从而给信号处理器带来很大压力。在这种情况下，压缩感知理论应运而生。压缩感知理论是建立在矩阵分析、统计概率论、优化与统筹学等众多数学理论基础上的一种新的信号描述与处理的理论框架。压缩感知理论可以通过极低的速率实现信号的采样和处理，在降低数据存储、传输代价的同时减少信号处理时间和计算成本。另一方面，这种压缩感知的思想也给高维数据分析带来新的方向。该理论本身是一个将转换编码问题、欠定线性系统方程的稀疏解问题和利用高度不完备测量队信号进行重建的问题结合在一起的相关课题。自从2006年被提出，压缩感知理论广泛应用于各个研究领域：压缩感知雷达、分布式压缩感知技术、医学图像处理、宽带信号处理、无线传感网络、频谱分析、生物传感、模信转换等。当然压缩感知理论在通信中的应用也很广，比如认知无线电中的频谱感知、无线通信中的信道反馈等方面的应用已有很多成果。
到目前为止，压缩感知理论在通信领域的信道测试与估计方面的应用仍有很大发展空间。多径无线通信的冲激响应往往是由少数几个主要路径主宰，尤其当信号带宽和信号间隔都比较大时，或者多天线系统的情况，这个特点将更加明显。当大部分信道系数接近零或为零时，这种信道通常被称为稀疏信道，稀疏性是应用压缩感知进行信道估计的前提条件。相较于传统的线性信道估计方法没有考虑无线信道的固有稀疏性，基于压缩感知的信道估计方法在获得同样信道估计性能的情况下，需要的导频信号数大大减少， 从而在提高频谱利用率的同时大大减少了信道的重构误差。
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2.项目研发的目的、意义
无线通信系统通常会受到阴影衰落、频率选择性衰落和多径效应的影响，其信道环境不同于有线信道，具有不确定性和极大的随机性，且不可预见。于是对接收机的设计提出了更多要求，比如在接收端对信号引起的畸变进行估计矫正，需要知道无线信道中信道的阶数、多普勒频移和信道冲激响应等参数。信道测试和估计的精度会直接影响整个系统性能，能否获得详细的信道信息实现接收端准确解调，是衡量无线通信系统性能优劣的重要指标，也是进行相关检测、解调和均衡等通信技术的基础。因此，信道估计是实现无线通信系统的一项关键技术，对于信道参数估计的算法研究也是一项具有重要意义的工作。
在此背景下，研究基于压缩感知的信道测试和估计，充分利用信道的稀疏特性，在获取信号的同时对其进行压缩，极大地降低了信息处理时间和数据采集量，显著地降低了数据存储和计算成本，使得高分辨率信号的采集成为可能。从而，利用有限的频谱资源实现无线通信高速率大容量业务的需求，通过信道测试和估计来实现对高速率数据在无线通信传输中经历的多径衰落进行补偿，从而改善系统性能，具有重要的学术意义和现实意义。
纵观国内外的研究动态，以及实际应用的需要，提出了“基于压缩感知的信道测试与估计”这一课题，针对基于压缩感知的稀疏信道估计理论进行深入研究，重点讨论了压缩感知技术在信道测试估计以及均衡中的可行性和应用价值，对提高整个通信系统的性能有着相当重要的研究价值。通过该课题的实施，改变了传统Nyquist获取信息的方法，直接提取重要信息，避免了资源浪费，降低了导频开销，提高了估计精度，是信息处理领域的一次重大变革，适应于未来无线通信高速化、宽带化的发展需求，具有重要的研究意义和应用前景。
3.本项目达到的技术水平及市场前景
本项目构造了基于WRHC混合智能控制算法的被动抗振和主动抗振相结合的抗振系统结构，将空气弹簧作为被动抗振元件, 将压电作动器（PZT）作为主动抗振元件，在主动抗振控制方面提出并应用一种新型的WRHC算法，该算法是基于小波分析理论和鲁棒控制理论的混合控制算法，用于光学超精密测试仪器抗振平台的智能抗振控制，最终所采用的主被动混合智能控制抗振平台系统可有效地隔离整个频率范围内的振动，从而提高光学超精密测试仪器的测试精度和测试稳定性。
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