[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

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種大規模MIMO正交頻分復用系統的相位噪聲抑制方法。本發明在基于迫零預編碼實現多用戶通信的前提下，首先利用訓練OFDM符號粗略估計每個用戶的結合了物理信道和迫零預編碼權重影響的復合信道，然后對信息傳遞OFDM符號提出了一種迭代算法來聯合估計數據序列、相位噪聲，以及細化復合信道的估計從而有效抑制大規模MIMO正交頻分復用系統中相位噪聲的不利影響。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種大規模MIMO正交頻分復用系統的相位噪聲抑制方法。

背景技術

由于基站采用大量天線，大規模MIMO具有諸如高頻譜效率，高能效和線性處理技術的漸近最優性等優勢，并且額外的天線有助于將能量聚焦到更小的空間區域，從而大大提高了吞吐量和輻射能效。因此，大規模MIMO被認為是未來無線通信的一項關鍵支持技術。

為了使大規模MIMO在實踐中可行，使用低成本和低功率組件實現基站天線陣列至關重要。然而這些組件很容易出現硬件損害，例如相位噪聲。相位噪聲是載波相位和本地振蕩器相位之間的差值，一般分為兩種重要的類型。當系統相位鎖定時，相應的相位噪聲很小，此時它被建模為零均值，平穩且功率有限的隨機過程；當系統僅為頻率鎖定時，相應的相位噪聲緩慢變化但不受限制，并且它被建模為零均值，非平穩且功率無限的維納過程。作為附加干擾，相位噪聲的存在會嚴重降低無線通信的性能。對于單輸入單輸出和傳統MIMO正交頻分復用系統，相位噪聲抑制技術已經得到了很好的研究。然而對于大規模MIMO系統，只有少數涉及相位噪聲效應分析或相位噪聲抑制的工作。有研究表明，大規模MIMO對相位噪聲干擾比對實際電路中的附加失真噪聲更敏感。存在相位噪聲的情況下，對于上行鏈路單載波和OFDM系統，已有文獻理論上推導出大規模MIMO的可實現速率表達式，其中考慮了最大比率合并檢測器。對于具有迫零和最大比率傳輸預編碼方案的下行鏈路單載波和OFDM系統，分別有文獻給出了封閉形式的信號與干擾附加噪聲比(SINR)表達式和由相位噪聲引起的SINR以及可實現速率的劣化表達式。盡管已有上述理論結果，但這些工作未能提供相位噪聲抑制技術。針對上行鏈路大規模MIMO正交頻分復用系統，已經存在可以在信道估計和數據檢測兩個階段有效地抑制相位噪聲效應的方案。

發明內容

本發明的目的是針對下行鏈路大規模MIMO正交頻分復用系統中的相位噪聲進行有效抑制從而提升系統性能。

為了便于本領域內技術人員對本發明技術方案的理解，首先對本發明采用的系統模型進行說明。

考慮有M根天線的基站與K個單天線用戶通信，發射端第m根天線和接收端第k個用戶的天線之間的時域信道矢量記為其中L為信道矢量的長度。對于每個OFDM符號，接收端第k個用戶的時域信號表達式為：

其中，是第k個用戶的時域接收信號，N是OFDM子載波的個數，表示接收端的相位噪聲矩陣，其中表示接收端第k個用戶的一個OFDM符號中第n個時刻的相位噪聲采樣值。是第m根發射天線到接收端第k個用戶的天線的循環信道矩陣，它的第1列為其中0_1×(N-L)表示元素全為0、長度為N-L的行矢量。表示第m根發射端基站天線上的相位噪聲矩陣，表示第m根發射端基站天線上第n個時刻的相位噪聲采樣值。F∈C^N×N是歸一化的DFT矩陣，它的第i行第j個元素為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，W_m,k'＝diag{[W_m,k',1,W_m,k',2,…,W_m,k',N]^T}。d_k'＝[d_k',1,d_k',2,…,d_k',N]^T是發送給第k'個用戶的頻域符號序列。是時域的復高斯白噪聲序列，表示噪聲方差，I是N維的單位列向量。

對于相位噪聲不存在的情況，即P_k＝I時，經過FFT變換，(1)可以寫為：