一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法技术方案

本发明专利技术提供一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法，涉及无线通信领域的相位噪声估计，所述方法包括：一组无线单元向另一组无线单元发送解调参考信号(DMRS)与相位噪声跟踪导频信号(PTRS)，相位噪声估计模块根据接收到的导频信号估计两组无线单元之间的信道矩阵H

【技术实现步骤摘要】
一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法


[0001]本专利技术属于无线通信传输
，尤其涉及一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法。

技术介绍

[0002]随着商用5G基站覆盖率不断升高，新一代高速、便捷的移动无线通信广泛改变了人们的生活。同时，现阶段商用5G通信频段仍主要为Sub
‑
6G频段。研究人员对更高频段，如毫米波、太赫兹无线通信的研究正不断深入。然而由于毫米波频段硬件射频电路(Radio Frequency,RF)设计难度较大，与理想电路相比往往具有非理想特性，导致接收机与发射机射频链路的会引入严重的相位噪声。正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)作为提高移动通信系统性能的重要技术，在4G、5G移动通信中被广泛应用。相位噪声会破坏OFDM系统中子载波的正交性，进而使系统性能恶化。同时相位噪声导致信道随时间快速变化，通过信道导频获得的信道状态信息(Channel State Information,CSI)无法准确反映数据传输的信道。因此系统中需要更准确的算法利用导频跟踪相位噪声，并进行估计与补偿。
[0003]在多通道通信系统中，例如分布式协作、多多收发面板(Transmit
‑
Receive Pannel，TRP)系统，不同的接收端、发送端具有独立的晶振与射频链路，因此会引入独立的相位噪声。例如分布式协作多天线(Multiple
‑
Input Multiple Output，MIMO)系统，基站侧将天线部署在多个分布式天线单元(Antenna Unit，AU)上，AU通过协作在相同的时频资源上服务多个用户。不同用户之间、不同AU之间，都具有独立的晶振与独立的相位噪声。通常采用的传统相噪估计算法忽略了相位噪声的具有的恒模约束。为了提高相位噪声估计的准确度，更好的提升系统的性能，本专利技术提出了基于添加了恒模约束的优化模型改进的相位噪声估计算法。该方法能够有效根据导频估计相位噪声，估计精度较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法，以较高的估计准确度，解决协作相位噪声估计问题。
[0005]本专利技术的一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，根据发送端无线单元组向接收端无线单元线发送解调参考信号DMRS与相位噪声跟踪导频信号PTRS，根据接收到的导频信号估计两组无线单元之间的信道矩阵H
DMRS
和H
PTRS
；
[0007]步骤2，根据信道矩阵H
DMRS
和H
PTR构建
构建Hermitian矩阵ψ；
[0008]步骤3，由Hermitian矩阵ψ设计优化目标添加约束条件建立非凸优化问题
[0009][0010][0011]其中c
pn
表示相位噪声向量，约束条件为恒模约束，g(c
pn
)表示构造的目标函数。
[0012]进一步的，本专利技术的一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法，还包括如下步骤：
[0013]步骤4，通过变换将优化问题的优化对象由相位噪声向量c
pn
转化为矩阵C，令步骤3中的优化问题写为
[0014][0015]步骤5，通过约束条件的松弛将优化问题转化为半定规划问题
[0016][0017]得到优化目标与约束条件均为凸集的优化模型；
[0018]步骤6，利用凸优化方法计算得到该优化问题的解。
[0019]进一步的，步骤6中具体为，根据相位噪声矩阵的解，选取第一列作为最终所有通道的相位噪声系数向量；最终的相位噪声向量可以表示为：
[0020]c
pn
＝C[:,1]。
[0021]进一步的，骤1中两组无线单元之间的信道矩阵H
DMRS
和H
PTRS
表示为：
[0022]H
PTRS
＝θ
r,1
Hθ
t,1
+W1[0023]H
DMRS
＝θ
r,0
Hθ
t,0
+W2[0024]其中，W1，是噪声矩阵，H是发射端无线单元组与接收端无线单元组之间的空中信道，θ
t,1
和θ
t,0
分别是DMRS导频时刻与PTRS导频时刻的多通道发射端相位噪声对角矩阵，θ
r,1
和θ
r,0
是DMRS导频时刻与PTRS导频时刻的多通道接收端相位噪声对角矩阵。
[0025]进一步的，步骤2中根据信道矩阵H
DMRS
和H
PTRS
构建Hermitian矩阵ψ，具体如下：
[0026]先构造中间矩阵Φ1与Φ2，即：
[0027][0028][0029]定义矩阵
[0030]Ω＝[Φ1‑
Φ2][0031]将矩阵Ω的共轭转置乘以其本身得到半正定矩阵ψ，即：
[0032][0033]ψ
11
是一个对角矩阵，其中的元素表示为
[0034][0035]ψ
22
是一个对角矩阵，其中的元素表示为
[0036][0037]另外，
[0038][0039]并且有
[0040][0041]矩阵ψ为Hermitian矩阵，Nt表示发送端射频链路数，Nr表示接收端射频链路数。
[0042]本方法适用于多通道通信系统，特征为各通道具有独立的射频链路引入独立的相位噪声，不限于多个终端用户到多个分布式多输入多输出(MIMO)天线节点、多个终端用户到多收发面板(TRP)等系统，根据本专利技术方法可得收发端的相位噪声估计系数。
[0043]本专利技术的多通道无线通信系统多通道的协作相位噪声估计方法，具有以下优势：由于多通道通信系统各终端独立，不同无线单元之间的天线收发导频时会经历较严重的相位噪声，最终估计出的信道不够精确。本专利技术考虑相位噪声的恒模约束条件，能相对传统最小二乘(LS)估计方法得到较准确的相位噪声。
附图说明
[0044]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045]图1是本专利技术实施例提供的一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法的流程图；
[0046]图2是本专利技术实施例中导频结构示意图；
[0047]图3是本专利技术实施例中估计的相位噪声与实际的角度误差的均方根仿真图；
[0048]图4是本专利技术实施例中相位噪声估计算法的补偿后多通道系统误码率仿真图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，根据发送端无线单元组向接收端无线单元线发送解调参考信号DMRS与相位噪声跟踪导频信号PTRS，根据接收到的导频信号估计两组无线单元之间的信道矩阵H
DMRS
和H
PTRS
；步骤2，根据信道矩阵H
DMRS
和H
PTRS
构建Hermitian矩阵ψ；步骤3，由Hermitian矩阵ψ设计优化目标添加约束条件建立非凸优化问题步骤3，由Hermitian矩阵ψ设计优化目标添加约束条件建立非凸优化问题其中c
pn
表示相位噪声向量，约束条件为恒模约束，g(c
pn
)表示构造的目标函数。2.根据权利要求1所述一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤4，通过变换将优化问题的优化对象由相位噪声向量c
ph
转化为矩阵C，令步骤3中的优化问题写为ming(C)＝tr(ψC)步骤5，通过约束条件的松弛将优化问题转化为半定规划问题ming(C)＝tr(ψC)得到优化目标与约束条件均为凸集的优化模型；步骤6，利用凸优化方法计算得到该优化问题的解。3.根据权利要求2所述一种多通道无线通信系统的协作相位噪声估计方法，其特征在于，步骤6中具体为，根据相位噪声矩阵的解，选取第一列作为最终所有通道的相位噪声系数向量；最终的相位噪声向量可以表示为：c
pn
＝C[:,1]。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东明，时宇博，郑康，匡正，曹阳，王向阳，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：