[发明专利]基于最大后验准则的毫米波系统双端相位噪声抑制方法

说明书

本发明属无线通信技术领域，涉及一种基于最大后验准则的毫米波系统双端相位噪声抑制方法。本发明采用了最大后验准则，最大后验准则是一种通过对后验概率分布求导数并不断地迭代，得到使得后验概率密度最大所对应的信号估计值的方法。本发明的有益效果为能够在毫米波通信系统中，收发两端均存在相位噪声的条件下实现准确的数据符号估计，显著提高系统的误比特率性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及在相位噪声存在的情况下，利用基于变分贝叶斯推断算法对毫米波通信系统进行收发两端的相位噪声抑制。

背景技术

近年来，毫米波无线通信系统由于其巨大的免许可带宽、超高传输速率、强大的安全性和抗干扰能力等优势在众多无线通信传输方案中农脱颖而出，成为当前无线通信领域研究的热点，更有可能成为未来无线通信中最主要的技术之一。

然而，毫米波通信系统依然面临着很多问题需要解决，其中之一便是相位噪声。信号在传输过程中，除了经历信道的衰落以外，还要受到射频器件非线性因素的影响，这两个因素使在接收端系统的性能降低。通信系统中射频前端的非理想部分主要包括相位噪声，IQ幅度相位不平衡，功率放大器非线性失真等，相位噪声，实际上是对频率源频率稳定度的一种表征。通常情况下，频率稳定度分为长期频率稳定度和短期频率稳定度。所谓短期频率稳定度，是指由随机噪声引起的相位起伏或频率起伏。至于因为温度、老化等引起的频率慢漂移，则称之为长期频率稳定度。通常主要考虑的是短期稳定度问题，可以认为相位噪声就是短期频率稳定度，只不过是一个物理现象的两种不同表示方式。对于振荡器，频率稳定度是它在整个规定的时间范围内产生相同频率的一种量度。如果信号频率存在瞬时的变化，不能保持不变，那么信号源就存在着不稳定性，起因就是相位噪声。在大规模MIMO通信系统中，发送端与接收端都需要产生相应的载波以完成相应的射频与基带间的频谱转换。然而产生载波的晶体振荡器与锁相环存在一定的差异性，造成了载波频率与目标频率存在短时的随机差异，进而造成所产生的正弦波信号发生随机相位跳变，表现为相位噪声。对于正交频分的调制方式，相位噪声会产生公共相位误差和载波间干扰，这将严重影响系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于在相位噪声存在的情况下，提供一种针对毫米波通信系统上行链路的数据估计和解调方法，提高在恶劣硬件条件下系统的误比特率性能。

本发明采用了最大后验准则，最大后验准则是一种通过对后验概率分布求导数并不断地迭代，得到使得后验概率密度最大所对应的信号估计值的方法。

为了便于本领域内技术人员对本发明技术方案的理解，首先对本发明采用的系统模型进行说明。

考虑发射端和接收端都带有相位噪声的OFDM系统，记发射端和接收端的时域信道矢量为h＝[h₁,h₂,…,h_L]^T，其中L为信道矢量的长度。对于每个OFDM符号，接收端时域信号表达式为

r＝P_rHP_tF^Hd+n (1)

其中，r∈C^N×1是时域接收信号，N是OFDM子载波的个数，和分别表示接收端和发射端的相位噪声矩阵，H是Toeplitz信道矩阵，它的第1列为H(:,1)＝[h^T,0_1×(N-L)]^T，其中0_1×(N-L)表示元素全为0、长度为N-L的行矢量。F∈C^N×N是归一化的FFT矩阵，它的第i行第j个元素为d＝[d₁,d₂,…,d_N]^T是发送的数据或者导频序列。n∈C^N×1是时域的复高斯白噪声序列，

当相位噪声不存在的情况下，P_r＝P_t＝I，则(1)退化为