王悦悦 王海斌 台玉朋 汪 俊 王光旭

(1 中国科学院声学研究所 声场声信息国家重点实验室 北京 100190)

(2 中国科学院大学 北京 100049)

0 引言

在深海远程水声通信中，信道带宽窄，频谱资源十分有限[1]。正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)调制技术通过子载波并行叠加的方式进行信息传输，有望提高深海远程水声通信的频带利用率[2]。然而，由于海底、海面边界以及水体的不均匀性对声传播的影响，远程通信的水声信道往往呈现出远比无线信道恶劣的强多径、长时延扩展特性，多径时延扩展通常可达几百毫秒至数秒[3−4]，这也导致深海远程OFDM水声通信需要面对长时延带来的严重频率选择性衰落问题，而精确的信道估计是有效补偿信道衰落的前提，也是深海远程OFDM水声通信中的难点问题。

水声信道是典型的稀疏信道，因而其估计问题可转换成稀疏信道的重建问题。近年来得到广泛研究的压缩感知(Compressive sensing,CS)理论可以用于提高OFDM 信道估计性能[5]，该理论在2006年由Donoho 提出[6]，随后被引入到水声通信的信道估计中，而在2010 年，Berger 等将其用于基于导频的OFDM水声通信系统信道估计中[7]，验证了基于基追踪(Basis pursuit,BP)和正交匹配追踪(Orthogonal matching pursuit,OMP)的CS 算法相较于传统最小二乘(Least square,LS)算法在OFDM信道估计中的优势。

但是，OMP 信道估计算法本质上是利用导频处的接收符号与字典原子匹配相关来进行信道重构的过程，需要插入与信道长度相匹配的导频符号数目，来保证估计性能。而对于长时延扩展的水声信道，这意味着需要较高的导频密度，导频开销增加则会导致频谱利用率降低。……