[發明專利]大規模MIMO正交頻分復用系統的相位噪聲抑制方法

有效

• 申請號: 201910628166.0
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110166401B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 楊瑩;成先濤
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04B7/0413
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

1.大規模MIMO正交頻分復用系統的相位噪聲抑制方法，系統中有M根天線的基站與K個單天線用戶，其特征在于，所述相位噪聲抑制方法包括以下步驟：

S1、復合信道的粗略估計

基站對各個用戶發送相同的導頻序列，即則不同的用戶可以同時進行信道估計，第k個用戶的接收信號為：

其中，P_k表示接收用戶的相位噪聲矩陣，θ_k,n表示接收端第k個用戶的一個OFDM符號中第n個時刻的相位噪聲采樣值，N是OFDM子載波的個數，F∈C^N×N是歸一化的DFT矩陣，它的第i行第j個元素為為對角矩陣，H_m,k∈C^N×N是第m根發射天線到接收端第k個用戶的天線的circulant信道矩陣，W_m,k是發射端第m根天線對第k個用戶數據的預編碼加權系數矩陣，d是導頻序列，c_k是一個列向量，向量的元素和C_k的對角元素相同，是噪聲序列，由于c_k的相鄰點之間具有一定的相關性，因此將一個OFDM符號中的N個子載波分成t塊，每個塊中的N_c＝N/t個子載波上的等效信道的值相同即則式(8)記為：

其中，1∈C^N×1表示全1的列向量，blkdiag表示塊對角矩陣；忽略相位噪聲的影響，可以粗略估計為：

其中Re{·}表示對復數取實部，(·)^T、(·)^H分別表示矩陣的轉置和共軛轉置，diag(d)表示對角元為矢量d的對角矩陣，對于數據傳輸和解調，在初始階段，頻域的接收信號為

其中是公共相位誤差；設一個OFDM符號中導頻個數為S，且不同用戶數據序列中的導頻均相同，導頻符號分別為導頻均勻地插入各個用戶的頻域發送符號序列d_k中；則對于某個特定的導頻符號利用相應的接收符號對P_k,1進行粗略的估計：

對S取平均，可得P_k,1的估計值對作歸一化后，利用最大似然檢測得到數據符號的初始判決：

S2、數據序列、相位噪聲以及復合信道的細化估計

基于步驟S1中初始信道估計值和初始數據符號估計值，再利用以下迭代算法對數據序列、相位噪聲以及復合信道進行細化估計；定義相位噪聲P_k近似為：

P_k＝diag{1+jp_k} (14)

1∈C^N×1表示全1的列向量，j表示虛數，p_k＝[θ_k,1,θ_k,2,…,θ_k,N]^T，由于相鄰的相位噪聲之間具有較強的相關性，因此將一個OFDM符號中的N個子載波分成s塊，令每個塊中的N_p＝N/s個采樣點中的相位噪聲的值相同，則有：

p_k、P_k分別表示準確的相位噪聲矢量、插值后的近似相位噪聲矢量、復合相位噪聲矩陣，相位噪聲矢量的插值矩陣將接收信號近似為：

首先，令符號序列d_k服從如下的復高斯分布：

p(d_k)＝CN(0,I)＝π^-Nexp{||d_k||²} (17)

其中，I是N維單位矢量，||·||表示向量二范數；

當相位噪聲和數據符號d_k已知的情況下，接收信號服從如下的復高斯分布：

其中，為多用戶干擾的方差；

和d_k的聯合概率分布為

采用EM算法對相位噪聲矢量數據符號d_k和更加精確的等效信道進行估計；其中d_k被當作隨機變量，和被當作確定的未知參數；

S21、計算數據符號d_k的后驗均值和方差

其中，協方差矩陣后驗均值作為數據符號d_k的估計值；const. 表示與數據符號d_k無關的常數項，E表示單位矩陣，考慮對計算復雜度進行化簡，把數據符號當作確定的待估計參數，則協方差矩陣中不再有E，在計算和時，

S22、更新參數

通過最大化完全似然函數來實現參數的更新，表示相對數據符號d_k的后驗求均值其中

其中⊙表示Hadamard積，N是信道的插值矩陣，M是相位噪聲的插值矩陣，上述三式分別對求導并令其一階導數為0，得到參數的更新公式分別為：

Re{·}、Im{·}分別表示對復數取實部和虛部，tr{·}為矩陣的跡，在計算時，考慮對計算復雜度進行化簡，即省略和有關的項；

S23、迭代步驟S21、S22直到達到迭代次數；

S3、頻域接收信號通過計算來估計等效信道，其中d_n是估計的數據符號，再根據H_m,k,n是循環信道矩陣H_m,k的第n個對角元，W_m,k,n是第m根天線對第k個用戶數據的預編碼加權系數矩陣W_m,k的第n個對角元，最后利用等式(13)進行數據解調，從而恢復出噪聲抑制后的發送數據。