基于消息传递的稀疏自适应匹配追踪水声信道估计方法

来源：信号处理杂志 2025年第6期北京时间：

作者：潘鸿宝, 孙瑶, 韩笑, 张哲铭, 李伟哲

摘要：水声通信中多径效应会导致接收信号发生畸变，进而在时域上引发严重的码间干扰，频域上则表现为频率选择性衰落。针对水声通信中的稀疏多径信道估计问题，本文提出一种基于广义近似消息传递（Generalized Approximate Message Passing，GAMP）的稀疏自适应匹配追踪（Sparse Adaptive Matching Pursuit，SAMP）算法。SAMP算法属于贪婪算法的一种，该方法结合了自下而上和自上而下的两种方式，通过一种基于原子匹配测试的方法，以迭代的方式逐步增加支撑集大小来逼近观测信号的稀疏度，从而摆脱了对稀疏度先验信息的依赖。GAMP算法则是对早期的近似消息传递方法的一种扩展，有着复杂度低，适应性好的优势。通过在SAMP算法计算得到的支撑集内，利用GAMP子迭代算法取代原本的最小二乘运算，能够实现对信道幅度信息的高精度估计。由于GAMP算法只涉及标量运算，并且只在SAMP最后一次迭代中对信道进行精确计算，因此得以显著降低算法的计算复杂度。通过对该算法进行数值仿真并将其应用于水声OFDM通信系统，基于2024年南海西部声学涡旋调查试验数据可以验证，GAMP-SAMP算法相较于SAMP算法在信道估计性能上有所提升，在实际应用中具有显著优势。

关键词：匹配追踪, 近似消息传递, 水声信道估计, 稀疏自适应, 水声通信