[论文解读] Joint Sparse Channel Estimation and Decoding: Continuous and Discrete Domain Sparsity.

Thomas Hansen, Peter Bjørn Jørgensen+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2015

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 38被引用 6

一句话总结

本文提出了一种新型迭代接收机，通过使用连续域时延估计算法，联合执行稀疏信道估计与译码，避免了离散网格方法固有的泄漏效应。与将时延限制在网格上的方法不同，该接收机将多径时延估计为连续值，从而在误比特率性能方面优于最先进的离散域稀疏估计技术。

ABSTRACT

Recent progress in wireless receiver design has been towards iterative processing, where channel estimation and decoding is considered a joint optimization problem. Sparse channel estimation is another recent advancement, which exploits the inherent structure of those wireless channels that are composed of a small number of multipath components. In this work we design iterative receivers which incorporate sparse channel estimation. State-of-the-art sparse channel estimators simplify the estimation problem to be a finite basis selection problem by restricting the multipath delays to the discrete domain (i.e. to a grid). Our main contribution is a receiver without such a restriction; the delays are estimated directly as continuous values. As a result, our receiver does not suffer from the leakage effect which destroys sparsity when the delays are restricted to the discrete domain. We discuss certain connections between continuous and discrete domain sparse estimation methods. Our receivers outperform state-of-the-art sparse channel estimation iterative receivers in terms of bit error rate.

研究动机与目标

• 为解决离散域稀疏信道估计的局限性，该方法在多径时延与网格不匹配时会受到泄漏效应的影响。
• 开发一种迭代接收机，通过连续时延估计联合优化信道估计与译码。
• 消除传统稀疏估计方法中因网格量化导致的稀疏性退化问题。
• 建立连续域与离散域稀疏估计方法之间的理论与实践联系。
• 展示所提接收机在误比特率（BER）性能上优于现有最先进的迭代接收机。

提出的方法

• 通过将多径时延建模为连续变量而非限制在预定义网格上，接收机采用连续域稀疏信道估计。
• 将信道估计问题表述为连续基追踪问题，避免了离散方法中导致泄漏的基失配问题。
• 利用消息传递技术在信道估计与译码之间交替迭代，实现软信息交换。
• 采用适用于连续参数的稀疏恢复算法，如原子范数最小化或连续基追踪。
• 通过在估计与译码模块之间交换外信息，将稀疏估计与迭代译码相结合。
• 通过避免对时延参数进行量化，确保稀疏性得以保持，从而维持信道的真实结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 在保持信道稀疏性方面，连续域稀疏信道估计与离散网格估计相比表现如何？
• RQ2 在使用连续时延估计时，联合迭代处理信道估计与译码是否能提升误比特率性能？
• RQ3 泄漏效应对离散域稀疏估计有何影响？在实际中如何避免？
• RQ4 连续域与离散域稀疏估计方法在数学上和性能上存在何种关系？
• RQ5 与现有最先进的迭代接收机相比，所提接收机可实现多大的误比特率性能增益？

主要发现

• 所提接收机在误比特率（BER）性能上优于采用离散域稀疏估计的最先进的迭代接收机。
• 通过将时延估计为连续值，该方法避免了离散网格方法中导致稀疏性与性能下降的泄漏效应。
• 连续域估计保持了信道的真实稀疏性，从而获得更精确的信道估计。
• 迭代联合估计与译码框架有效利用了软信息，提升了整体系统可靠性。
• 建立了连续域与离散域稀疏估计之间的理论与实践联系，验证了连续方法的优势。
• 在多径分量未对齐网格的场景下，该接收机在BER性能上显著优于现有方法。