[发明专利]一种毫米波MIMO-OFDM系统的联合信道与载波频率偏移估计方法

权利要求书

1.一种毫米波MIMO-OFDM系统的联合信道与载波频率偏移估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将联合信道与载波频率偏移矩阵转换为符合构造二维序列原子表达的形式

S2：基于发射机发射的第k个子载波上的训练导频信号M_s为数据流数目，鉴于毫米波信道的连续空域稀疏性，利用建立的连续角度空间域的基于训练导频信号的稀疏联合信道与载波频率偏移重构模型，采用提出的基于序列原子范数最小化的稀疏信号重建算法估计出联合信道与载波频率偏移矩阵

S3：给定估计的基于载波频率偏移的可压缩性，利用范德蒙分解、基于标准原子范数最小化的稀疏信号重建算法分解出信道的收发方向、信道增益以及载波频率偏移分量，继而利用估计的信道收发方向、信道增益直接获得信道矩阵；

S4：分别对估计的信道矩阵和载波频率偏移分量采用归一化均方误差评价标准进行性能评价。

2.根据权利要求1所述的一种毫米波MIMO-OFDM系统的联合信道与载波频率偏移估计方法，其特征在于：

所述步骤S1中包括：

S101：毫米波MIMO-OFDM系统频域信道模型为:

公式(1)中，f_s表示系统的采样速率，N_c表示子载波数目，L为路径数目，H_k为第k个子载波的频域信道矩阵，是第l条路径的复增益；收发阵列响应分别表示为：

其中，

其中，λ表示毫米波的波长，d是相邻天线阵元间距，表示克罗内克乘积，和分别表示第l条路径的水平和垂直发射角，θ_l和ψ_l分别表示水平和垂直入射角；这里，N₁和N₂分别表示水平和垂直发射天线的数目，则总共的发射天线数目为N＝N₁N₂；类似的，M₁和M₂分别表示水平和垂直接收天线，则总共接收天线数目为M＝M₁M₂；对于全维度均匀平面天线的配置，可以分辨360°度角范围内的入射角和反射角，因此，θ_l，φ_l∈[-π,π]，

进一步将公式(1)转化成紧凑的矩阵形式：

其中，f＝{f₁,...,f_L}，g＝{g₁,...,g_L}并且

考虑到子载波之间的相关衰落特性，通过分组技术选出了N_tap个子载波，其中N_tap等于信道抽头的数目，即子载波信道被划分为N_tap个组并且认为每个组中的子载波信道近似相等；因此，此处仅对选择的N_tap个子载波信道进行估计，即是从集合{1,...,N_c}中选择的子载波的索引的集合；

S102：包含相位误差的信号模型

令满足功率限制的为发射端的第t个基带OFDM符号块，其中M是符号星座集，M_s≤n_t是数据流数目；则s_k(t)被震荡器上变频到毫米波f₁频段的第k个子载波上；然后经过混合预编码后的发射信号可表示为：

其中，F是混合模拟数字波束成形器，是同时调整幅度和相位的数字预编码器，是仅调节相位的模拟预编码器；接收阵列上的信号首先通过模拟射频组合器下变频到f₂，再通过基带组合器导致如下接收射频链的输出信号形式：

其中，W＝W_AW_D，是加性白高斯噪声，表示一个N_r×N_r的单位阵；Φ₀是共相位误差，Φ_n是载波间干扰，两者皆由相位噪声造成；具体地，φ₀(t)表示相位噪声引起的共相位误差，t＝1,...,N_p，φ_j(t)，j＝(k mod N_c),...,((k+1-N_c)mod N_c)，t＝1,...,N_p表示相位噪声引起的载波间干扰；注意F_A和W_A中所有的元素恒幅；

S103：将信道矩阵和载波频率偏移矢量转换为符合构造二维序列原子表达形式的联合信道与载波频率偏移矩阵的构造过程为：

将公式(11)中的松弛为：

即将信道矩阵和载波频率偏移矢量转换为估计联合信道与载波频率偏移矩阵：