[发明专利]一种多天线正交频分复用系统接收端相位噪声的校正方法

摘要

本发明涉及一种多天线正交频分复用系统接收端相位噪声的校正方法，属于无线数据传输领域，本方法每隔若干个数据OFDM符号放置一个导频OFDM符号。在导频符号中，接收端根据导频子载波上的接收信号和发送端的导频，得到当前符号的信道矩阵，作为后续数据符号的基准信道矩阵。在数据符号中，接收端根据预留子载波上的接收信号和发送端的预留信号，得到当前符号的信道矩阵，将其与导频符号处的信道矩阵相比，得到收发相位噪声平均值的联合矩阵。再从中分离出收发相位噪声的平均值向量，得到对收发相位噪声平均值的最终估计，根据收发相位噪声平均值的估计值，调整检测矩阵。本方法可同时估计并纠正发送和接收天线的相位噪声，改善系统性能。

主权项

1、一种多天线正交频分复用系统的接收端相位噪声校正方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)多天线正交频分复用系统的发送端，在发送数据过程中，在设定间隔的数据正交频分复用符号中放置一个导频正交频分复用符号，数据正交频分复用符号和导频正交频分复用符号中数据不为零的子载波为有效子载波；(2)上述发送端的第m根天线，在上述每个导频正交频分复用符号的N个有效子载波中选择n个有效子载波放置导频，放置导频后的有效子载波记为p₁，p₂，...，p_n，其中，第p_i个有效子载波上的导频P(p_i)为其中，Z_p为设定的与N互质的正整数；(3)上述发送端的第m根天线，在上述每个数据正交频分复用符号的N个有效子载波中选择s个有效子载波放置预留信号，放置预留信号后的有效子载波为预留子载波，记为q₁，q₂，...，q_s，其中，第q_i个有效子载波上的预留信号Q(q_i)为其中，Z_q为设定的与N互质的正整数；(4)上述发送端的每根天线对上述导频正交频分复用符号和数据正交频分复用符号进行反快速复立叶变换，再将变换结果发送到多天线正交频分复用系统接收端的接收天线上；(5)接收端对接收到的导频正交频分复用符号进行快速复立叶变换，估计当前导频正交频分复用符号在所有有效子载波上的信道矩阵，具体方法如下：(5—1)将接收到的全部有效子载波分为多个子带，使每个子带中包含多个连续的有效子载波；(5—2)分别计算当前子带内属于上述第m根发送天线的n个有效子载波处的信道估计值其中，第p_i个有效子载波上的信道估计值hm0[pi]=y0[pi]/P[pi],]]>y⁰[p_i]为第p_i个有效子载波上的接收信号；(5—3)上述信道估计值为一向量，根据该向量中的第l个元素以均方根误差Elmh0=Σi=1n(hlm0[pi]-almh0·pi-blmh0)2]]>最小为条件，用线性函数进行拟合，得到当前所述子带内所有子载波上的信道响应hlm0[k]=almh0·k+blmh0,]]>其中，k为当前子带内的任一有效子载波的序号，参数和的表达式如下：almh0=Σi=1npi·hlm0[pi]1n·Σi=1npi·Σi=1nhlm0[pi]Σi=1npi2-1n·(Σi=1npi)2]]>blmh0=Σi=1nhlm0[pi]-almh0·Σi=1npin;]]>(5—4)重复步骤(5—2)和(5—3)，得到所有有效子载波上的第m根发送天线的道估计值，...，，...，(5—5)重复步骤(5—2)—(5—4)，得到所有有效子载波上的信道矩阵H⁰[1]，...，H⁰[k]，...，H⁰[N]，H⁰[k]的第m列为上述第m根发送天线的信道估计值(6)接收端对接收到的数据正交频分复用符号进行快速复立叶变换，估计当前数据正交频分复用符号在预留子载波上的信道矩阵，具体方法如下：(6—1)计算当前数据正交频分复用符号内属于上述第m根发送天线的s个预留子载波上的信道估计值h_m[q₁]，...，h_m[q_i]，...，h_m[q_s]，其中，第q_i个有效子载波上的信道估计值h_m[q_i]＝y[q_i]/Q[q_i]，y[q_i]为第q_i个有效子载波上的接收信号；(6—2)重复步骤(6—1)，得到在预留子载波上的信道矩阵H[q₁]，...，H[q_i]，...，H[q_s]，其中，H[q_i]的第m列为上述第m根发送天线的信道估计值h_m[q_i]；(7)根据上述导频正交频分复用符号的信道矩阵H⁰与上述数据正交频分复用符号的信道矩阵H，按以下步骤计算出收发相位噪声平均值的联合矩阵Φ：(7—1)计算上述第m根发送天线在每个数据正交频分复用符号的联合矩阵Φ的第m列在s个预留子载波上的估计值φ_m[q₁]，...，φ_m[q_i]，...，φ_m[q_n]，其中，φ_m[q_i]为一个向量，φ_m[q_i]的第l个元素φlm[qi]=hlm[qi]/hlm0[qi],]]>h_lm[q_i]为上述数据正交频分复用符号的第q_i个有效子载波上的信道估计值h_m[q_i]的第l个元素，为上述导频正交频分复用符号的第q_i个有效子载波上的信道估计值的第l个元素；(7—2)对上述联合矩阵Φ中第m列的估计值φ_m[q₁]，..，φ_m[q_i]，...，φ_m[q_s]取算术平均，得到联合矩阵Φ中第m列的最终估计值φ‾m=1s·Σi=1sφm[qi];]]>(7—3)重复步骤(7—1)和(7—2)，得到收发相位噪声平均值的联合矩阵Φ，其中，Φ的第m列为上述最终估计值φ_m；(8)根据上述数据正交频分复用符号的收发相位噪声平均值的联合矩阵Φ，按以下步骤分离出发送端和接收端的相位噪声平均值向量θ和(8—1)对上述收发相位噪声平均值的联合矩阵Φ作奇异值分解，得到Φ＝U∑V^H，则左奇异矩阵U的第1列为接收端的相位噪声平均值向量右奇异矩阵V的第1列为发送端的相位噪声平均值向量θ；或：(8—2)把上述联合矩阵Φ的第2列的每个元素除以第1列的相应元素，得到对第2根发送天线的相位噪声平均值的估计向量再对其取算术平均θ‾2=1LΣl=1Lθ^2l,]]>其中，L为接收天线个数，为的第l个元素，(8—3)按步骤(8—2)对第3根到第M根发送天线分别进行同样操作，得到θ₃，...，θ_M则发送端相位噪声平均值向量的最终估计值为θ＝[1 θ₂ ... θ_M]；(8—4)把上述联合矩阵Φ的第1行的每个元素除以上述发送端相位噪声平均值向量θ的相应元素，得到对第1根接收天线的相位噪声平均值的估计向量再对其取算术平均其中，M为发送天线个数，为的第m个元素，(8—5)按步骤(8—4)对第2根到第L根接收天线分别进行同样操作，得到则接收端相位噪声平均值向量的最终估计值为或：(8—6)把上述联合矩阵Φ的第2行的每个元素除以第1行的相应元素，得到对第2根接收天线的相位噪声平均值的估计向量再对其取算术平均其中，M为发送天线个数，为的第m个元素，(8—7)按步骤(8—6)对第3根到第L根接收天线分别进行同样操作，得到则接收端相位噪声平均值向量的最终估计值为(8—8)把上述联合矩阵Φ的第1列的每个元素除以上述接收端相位噪声平均值向量的相应元素，得到对第1根发送天线的相位噪声平均值的估计向量再对其取算术平均θ‾1=1LΣl=1Lθ^1l,]]>其中，L为接收天线个数，为的第l个元素，(8—9)按步骤(8—8)对第2根到第M根发送天线分别进行同样操作，得到θ₂，...，θ_M，则发送端相位噪声平均值向量的最终估计值为θ＝[θ₁ θ₂ θ_M]；或：(8—10)把上述联合矩阵Φ的任意一行作为发送端相位噪声平均值向量的最终估计值θ，(8—11)假设上述步骤中的发送端相位噪声平均值向量的最终估计值θ取自联合矩阵Φ的第l行，则对于联合矩阵Φ的任意一列，将其每个元素除以这一列的第l个元素，作为接收端相位噪声平均值向量的最终估计值或：(8—12)把上述联合矩阵Φ的任意一列作为接收端相位噪声平均值向量的最终估计值(8—13)假设上述步骤中的接收端相位噪声平均值向量的最终估计值取自联合矩阵Φ的第m列，则对于联合矩阵Φ的任意一行，将其每个元素除以这一行的第m个元素，作为发送端相位噪声平均值向量的最终估计值θ；(9)根据上述发送端相位噪声平均值向量的最终估计值θ和接收端相位噪声平均值向量的最终估计值按以下步骤计算检测矩阵：(9—1)根据下式计算第k个子载波上的等效信道矩阵H[k]：其中，表示以向量为对角线元素的对角阵，diag(θ)表示以向量θ为对角线元素的对角阵；(9—2)根据下式计算第k个子载波上的接收检测矩阵：R(k)=H‾(k)·(H‾(k)H‾(k)+σn2I)-1,]]>其中，为接收端的第k个子载波上的高斯白噪声的功率，I为单位矩阵。