多输入多输出系统的迭代参数估计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种估计多输入多输出通信系统ＭＩＭＯ信道参数的方法。主要解决已有信道参数估计方法复杂度与成本要求高，及传输效率低的问题。本发明专利技术将ＭＩＭＯ系统看作为是由多个单输入单输出系统ＳＩＳＯ子系统的组成，把对于ＭＩＭＯ系统的参数估计问题归结为对带干扰的ＳＩＳＯ系统的参数估计。其方法是：对带干扰的ＳＩＳＯ系统的参数估计采用迭代干扰抵消的参数估计，即在信道估计和频率偏差估计之后，首先进行干扰估计；然后采用干扰抵消的方法对信道增益和频率偏差进行估计，按照设定的迭代次数反复进行所述过程，得到最终的信道增益和载波频率偏差的估计值。具有方法简单、传输效率高，成本低之优点，可用于ＭＩＭＯ系统的基带数字信号处理器上实现对信道增益和频率偏差参数的估计。

【技术实现步骤摘要】
多输入多输出通信系统的迭代参数估计方法
本专利技术属于通信
，涉及无线通信信号处理，是一种估计多输入多输出系统信道增益和频率偏差的方法。技术背景近十年来，信息通信技术及应用系统得到了迅速发展，呈现出空前的繁荣景象。移动通信、无线通信、多媒体信息服务和因特网的发展，为实现任何人在任何时间、任何地点能够进行任何种类的信息交换，展现了美好的前景。二十世纪末，互联网技术的广泛应用和人们对数据传输业务越来越多的依赖冲击着第三代移动通信技术的发展。而关于未来移动通信，人们提出了超3G或4G的概念，多个国际标准化组织和论坛也在积极开展未来移动通信的研究。国际电信联盟在对3G的未来发展和超3G系统的文件中指出：3G陆地无线接口的能力在2005年扩展到近30Mbps；设想的在2010年左右超3G的新系统在高速移动条件下将支持约100Mbps的峰值速率，在低速移动条件下将支持约1Gbps的峰值速率。多输入多输出MIMO系统是一种具有多个发射天线和多个接收天线的通信系统，包括发射和接收两部分，其中发射部分包括调制器、混频器、射频功率放大器以及多根发射天线，接收部分包括多根接收天线、混频器、滤波器、数/模转换器和基带数字信号处理器，如图1所示。该系统可以成倍地提高无线信道下的信道容量，根据信息论的研究成果，如果不同发射接收天线对之间的衰落相互独立，在相同的发射功率和带宽下，一个拥有n个发射天线和m个接收天线的系统能达到的信道容量为目前的单天线系统的min(n，m)倍，从而提供了目前其它技术无法达到的容量潜力。所以MIMO系统被认为是实现未来移动通信的关键技术之一。由于无线信号经过信道时，会受到信道参数的影响，所以在接收端，首先要利用发端发送已知的训练序列来估计信道参数，然后再利用信道参数的估计值做数据的解调。这里的信道参数是指信道增益和载波频率偏差，信道增益是指无线信号经过信道后的功率衰减和相位变化，是一个复数值；载波频率偏差是由于多普勒频移或收发双发频率振荡器的不同而引起的。目前，已有的参数估计方法包括有单天线下的参数估计方法和MIMO系统的参数-->估计方法，传统单天线下的参数估计方法不能在MIMO系统下正常工作，MIMO系统的参数估计方法主要有：1.认为接收机与发射机之间的载波频率偏差只有一个，再进行参数估计的方法。这种方法的缺点是不具有一般性，因为MIMO系统是利用不同天线衰落的不同来提高信道的容量，即无线信号到达不同天线的到达角度是不同的，当发射机或者接收机运动时，由于不同的到达角度会引起不同的多普勒频移，或者由于在各个天线上的频率振荡器不同而产生不同的频率偏差，这些都是在无线通信过程中普遍存在的现象，显然只认为接收机与发射机之间只有一个载波频率偏差的参数估计方法在这种情况下并不合适，所以一个通用的模型是认为MIMO系统不同收发天线对之间的频率偏差都不相同，即对于一个拥有n个发射天线和m个接收天线的MIMO系统，接收机必须在解调数据之前先估计信道的增益以及nm个载波频率偏差。2.现有的对上述通用模型的估计方法只有采用最大似然ML估计，这种估计方法能够达到最优，即它估计的均方误差能够达到估计的下界，即Crmer-Rao界，然而这种估计没有封闭的形式，是一个n维的非线性搜索问题，计算复杂度非常高，仅仅限于理论研究。3.目前可行的使用方法是对发端发送的训练序列做特殊的设计，即一个天线发送训练序列的时候，其他天线都不发送，每个天线按照这样的方式依次发送训练序列，发完训练序列后在所有天线上再同时发送数据信号，这样将一个MIMO系统的参数估计就变成了在不同时间段上做单天线系统的参数估计，使用传统的单天线参数估计方法。该方法的缺点是：(1)一般MIMO系统的所有发送天线的总功率是恒定的，单个天线上的发送功率为总功率的1/n，n是发射天线的个数。如果采用一个天线发送训练序列时其他天线不发的方法，则单个天线上的发送功率要比传输数据信号的时候增加n倍，这样产生了峰值-平均功率比过大的问题，即对天线上的射频功率放大器的要求会很高，而射频功率放大器是天线的核心部分，大大增加了系统的成本；(2)训练序列是发射机和接收机都已知的数据，它的作用仅仅是估计信道的参数包括信道增益和频率偏差，不是传输实际有用的信息数据，所以训练序列不能在一帧数据中占的太长，而上述方法在一个天线发送的时候，其他天线都不发送，即对于其他天线来说空闲了传输的时间，特别是在发射天线数比较多的时候，大大增加了训练序列的开销。-->
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种MIMO系统的迭代参数估计方法，以解决现有信道参数估计方法的复杂度与成本要求过高及传输效率过低的问题。本专利技术的目的是这样实现的：如图1所示的MIMO通信系统一般在发射端，首先将数据进行调制、混频、功率放大后，再经过多个发射天线发射出去。在接收端，将多个接收天线上接收到的信号经过混频和滤波后，再进入模拟/数字转换器将模型信号变成数字信号，然后将多个天线上的数字信号进入基带数字信号处理器进行信道参数估计和数据解调，本专利技术正是在基带数字信号处理器上实现对信道增益和频率偏差参数的估计。其基本思路是：对于一个接收天线数是m，发射天线数是n的MIMO系统，可以将其中的任意一个天线对之间看作是一个单输入单输出SISO子系统，把该MIMO系统可以看作为是由mn个SISO子系统组成的。对于MIMO系统的参数估计问题来说，需要估计的参数正是这mn个SISO子系统它们各自的信道增益和频率偏差。对于某个接收天线来说，它的接收信号是n个SISO子系统的总和，要在这个总和信号中分辩出每个SISO子系统的参数，该n个SISO子系统可以认为是相互干扰的。这样就可以把MIMO系统的参数估计问题归结为带干扰的SISO系统的参数估计问题。本专利技术的技术方案是：对带干扰的SISO系统的参数估计采用迭代干扰抵消的参数估计方法，即在信道估计和频率偏差估计之后，首先进行干扰估计；然后采用干扰抵消的方法对信道增益和频率偏差进行迭代估计，具体过程如下：1.对单输入单输出SISO子系统的参数进行估计，将第j个发送天线和第k个接收天线之间的SISO子系统的接收信号yk，j(t)表示为：yk,j(t)=hk,jejtωk,jxj(t)+Ik,j(t)+zk(t)]]>式中：hk，l和ωk，l表示该子系统的信道增益和载波频率偏差t是离散时间坐标，t＝1，2，3，...xj(t)表示第j个发送天线上发送的训练序列zk(t)表示接收天线上的噪声，是高斯随机变量Ik，j(t)表示来自其它SISO子系统的干扰信号，可近似为一个高斯随机变量则Ik，j(t)+zk(t)是高斯随机变量；-->2.利用传统的SISO的参数估计方法对hk，j和ωk，j进行估计，得到信道增益估计值和载波频率偏差估计值其中i＝0，1，2，3，...，I，表示经过第i次迭代后的估计值，I表示总共需要进行的迭代次数；3.利用信道增益估计值和载波频率偏差估计值对来自其它SISO子系统的干扰信号进行估计，得到干扰信号的估计值即I^k,j(i)=Σl=1,l≠jTh^k,lejtω^k,lxl(t)]]>式中：xj(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多输入多输出通信系统ＭＩＭＯ中的参数估计方法，是在信道估计和频率偏差估计之后，首先进行干扰估计；然后采用干扰抵消的方法对信道增益和频率偏差进行迭代估计，具体过程如下：（１）对单输入单输出ＳＩＳＯ子系统的参数进行估计，将第ｊ个发送 天线和第ｋ个接收天线之间的ＳＩＳＯ子系统的接收信号ｙ↓［ｋ，ｊ］（ｔ）表示为：ｙ↓［ｋ，ｊ］（ｔ）＝ｈ↓［ｋ，ｊ］ｅ↑［ｊｔω↓［ｋ，ｊ］］ｘ↓［ｊ］（ｔ）＋Ｉ↓［ｋ，ｊ］（ｔ）＋ｚ↓［ｋ］（ｔ）式中：ｈ↓［ｋ，ｊ］和ω↓［ ｋ，ｊ］表示该子系统的信道增益和载波频率偏差ｔ是离散时间坐标，ｔ＝１，２，３，…ｘ↓［ｊ］（ｔ）表示第ｊ个发送天线上发送的训练序列ｚ↓［ｋ］（ｔ）表示接收天线上的噪声，是高斯随机变量Ｉ↓［ｋ，ｊ］（ｔ）表示来 自其它ＳＩＳＯ子系统的干扰信号，可近似为一个高斯随机变量，则Ｉ↓［ｋ，ｊ］（ｔ）＋ｚ↓［ｋ］（ｔ）是高斯随机变量；（２）利用传统的ＳＩＳＯ的参数估计方法对ｈ↓［ｋ，ｊ］和ω↓［ｋ，ｊ］进行估计，得到信道增益估计值＊↓［ｋ，ｊ］↑［（ ｉ）］和载波频率偏差估计值＊↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ）］，其中ｉ＝０，１，…，Ｉ，表示经过第ｉ次迭代后的估计值，Ｉ表示总共需要进行的迭代次数；（３）利用信道增益估计值＊↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ）］和载波频率偏差估计值＊↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ） ］对来自其它ＳＩＳＯ子系统的干扰信号Ｉ↓［ｋ，ｊ］（ｔ）进行估计，得到干扰信号的估计值＊↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ）］（ｔ），即＊↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ）］（ｔ）＝＊＊↓［ｋ，ｌ］ｅ↑［ｊｔ＊↓［ｋ，ｊ］］ｘ↓［ｊ］（ｔ）式中：ｘ↓ ［ｊ］（ｔ）表示其它天线上发送的训练序列；（４）用干扰信号的估计值＊↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ）］（ｔ）进行抵消，得到干扰抵消后的接收信号ｙ↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ＋１）］（ｔ），即ｙ↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ＋１）］（ｔ）＝ｙ↓［ｋ，ｊ］ （ｔ）－＊↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ）］（ｔ）；（５）将经过干扰抵消的接收信号ｙ↓［ｋ，ｊ］↑［（ｉ＋１）］（ｔ）返回第（１）～（４）步，对信道增益、载波频率偏差和干扰信号重新估计后，再进行干扰抵消，完成第一次迭代；（６）按照设定 的迭代次数Ｉ反复进行上述（１）～（４）步，得到最终的信道增益＊↓［ｋ，ｊ］和载波频率偏差＊↓［ｋ，ｊ］的估计值。...

【技术特征摘要】
1.一种多输入多输出通信系统MIMO中的参数估计方法，是在信道估计和频率偏差估计之后，首先进行干扰估计；然后采用干扰抵消的方法对信道增益和频率偏差进行迭代估计，具体过程如下：(1)对单输入单输出SISO子系统的参数进行估计，将第j个发送天线和第k个接收天线之间的SISO子系统的接收信号yk，j(t)表示为：yk,j(t)=hk,jejtωk,jxj(t)+Ik,j(t)+zk(t)]]>式中：hk，l和ωk，l表示该子系统的信道增益和载波频率偏差t是离散时间坐标，t＝1，2，3，...xj(t)表示第j个发送天线上发送的训练序列zk(t)表示接收天线上的噪声，是高斯随机变量Ik，j(t)表示来自其它SISO子系统的干扰信号，可近似为一个高斯随机变量，则Ik，j(t)+zk(t)是高斯随机变量；(2)利用传统的SISO的参数估计方法对hk，j和ωk，j进行估计，得到信道增益估计值和载波频...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建东，吕卓，赵林靖，庞继勇，陈亮，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]