基于压缩感知的信号到达时间（TOA)估计技术

信号到达时间（TOA）估计是无线电定位系统中重要的组成部分。传统上无线信道TOA估计多采用相关函数峰值检测的方法。但是该方法估计精度受发送信号带宽的影响，故很难带信号完成高精度的信道时延估计。由于无线信道在时域可以认为是击串的叠加。根据奈奎斯特奎斯特定理，信道冲击响应在频域上可以认为有无穷的带宽。理论上需要无穷高的采样率才能无损的恢复无线信道，完成高精度TOA估计。最新提出的压缩传感（compressive sensing）理论提出即使信号有无穷带宽，但是若其在某个变换域上是稀疏的，可以通过适当的构造采样矩阵，用少于奈奎斯特采样个数的采样点重构信号。本课题拟利用无线信道在变换域上是稀疏的特性，利用压缩传感理论完成用较少的采样点完成对信道时延准确估计。

本课题主要研究了基于压缩感知（Compressive Sensing）的信号到达时间（TOA）估计技术以及信号恢复算法。在研究过程中，重点研究了直接序列扩频信号TOA估计的理论以及信号恢复的方法。1.提出了一种高性能的信道估计方案。通过发送训练序列，可将接收到的信号表示为一个Toeplitz矩阵与信道冲激响应的乘积。该Toeplitz矩阵由发送信号所决定。利用已有的理论结论，即当训练序列为随机的 的情况下对应的Toeplitz矩阵满足具备较好的RIP条件我们可以利用信道为稀疏信号的特点通过CS来重构信道;2.为了获得更高的TOA估计分辨率，提出了一种预处理方法和去噪算法，使观测矩阵的列向量获得近似的正交性，并解决了由此带来的噪声放大效应。3.推导得出了本方案对信道冲激响应估计的误差的理论上界。即信道冲击响应的估计误差仅与噪声方差与信道稀疏度的乘积( )成正比。4.提出了基于稀疏的信道冲激响应的有效判断最短时延路径的准则。并对提出了适用于本方案的改进的DS算法，降低了计算复杂度。5.为了进一步降低运算复杂度，本课题研究过程中提出了贪婪算法来恢复信号时信号稀疏度未知情况下停止贪婪算法迭代的判决条件。使得贪婪算法更加适合应用于信道估计中与TOA估计。本课题的研究成果形成了多篇学术论文。其中2篇论文被IEEE Journals on Selected Areas in Communications，Eurasip Journal on Advances in Signal Processing 等期刊录用；两篇论文被国际会议录用（VTC 2013，ICC 2014）；一篇论文已投出还在审稿过程中。在项目的资助下，我们的研究成果申请了3个国内发明专利。