[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

摘要

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。

主权项

1.基于最大后验准则的毫米波系统双端相位噪声抑制方法，设定发射端和接收端都带有相位噪声的OFDM系统中，记发射端和接收端的时域信道矢量为h＝[h1,h2,…,hL]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＝PrHPtFHd+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，Pr＝Pt＝I，则(1)退化为r＝HFHd+n   (2)由于H是Toeplitz矩阵，可被分解为如下的形式：H＝FHHfF   (3)其中，H_f＝diag{[H₁,H₂,…,H_N]^T}，其中把(3)代入(2)，再做FFT，得无相位噪声情况下的频域接收信号为rf＝Hfd+n   (4)在此种情况下，对数据符号进行判决：其中，rf,n表示rf的第n个元素，S表示星座点的集合；设定相位噪声的值很小，利用近似关系ejθ≈1+jθ，将式(1)改写为r＝diag{1+jθr}H diag{1+jθt}FHd+n   (9)其中1表示长度为N的全1列向量，θr＝[θr,1,θr,2,…,θr,N]T和θt＝[θt,1,θt,2,…,θr,N]T为实高斯分布的相位噪声矢量，即p(θr)＝p(θt)＝N(0,Φ)；由于θr和θt的协方差矩阵Φ为实对称矩阵，其特征值是实数，并且可以用正交矩阵进行相似对角化：Φ＝UΛUT   (10)其中Λ＝diag{[λ1,λ2,…,λN]T}是对角矩阵，对角元素为Φ的降序排列的特征值，U是正交矩阵，它的每一列是Λ对应列的特征值的特征向量；设定Λ中的对角元只有前若干项的值较大，其它的元素和前若干项相比很小，只取前I项来近似，即Φ≈VΓVT   (11)Γ＝diag{[λ1,λ2,…,λI]T}是以Λ中前I个特征值为对角元素的对角矩阵，V∈CN×I是由前U的前I列组成的矩阵；对相位噪声矢量θr和θt作线性变换由高斯分布的性质可知，p(xr)＝p(xt)＝N(0,Γ)，由于Γ为对角阵，所以xr和xt的各个分量之间是相互独立的；把(12)代入(9)可得r＝diag{1+jVxr}H diag{1+jVxt}FHd+n   (13)xr和xt的先验概率密度函数为把接收端和发射端的相位噪声展开矢量作为待估计的随机变量，把数据符号作为未知参数，则在相位噪声都已知的条件下，接收信号r服从如下的复高斯分布将式(14)和式(16)三式相乘，可得接收端和发射端的相位噪声展开矢量、接收信号的联合概率密度，而后验概率密度函数与联合概率密度成比例，因此对联合概率密度求关于xr和xt的导数，并不断地迭代，可以得到相应的xr和xt的估计值；其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、计算相位噪声的公共相位误差并对接收信号进行补偿，对数据符号进行粗略的判决，作为迭代的初始值；S2、通过以下的步骤来实现最大后验准则的迭代：S21、计算接收端相位噪声展开矢量的后验分布的均值和方差S22、计算发射端相位噪声展开矢量的后验分布的均值和方差S23、对接收信号进行相位噪声补偿，然后对数据符号进行判决；S24、循环步骤S21—S23，在已知接收信号的条件下，数据符号矢量将收敛于一个稳定的值。