[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

说明书

本发明涉及无线通信系统领域，具体涉及一种毫米波MIMO‑OFDM系统的联合信道与载波频率偏移估计方法，其主要包括以下步骤：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：采用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，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矢量采用归一化均方误差评价标准进行性能评价。本发明能够在连续角度空间域高度紧密逼近信道参数的稀疏性，避免了基误匹配问题，进而提高了信道估计的精确度。

技术领域

本发明涉及无线通信系统领域，具体而言，涉及一种毫米波MIMO-OFDM系统的联合信道与载波频率偏移估计方法。

背景技术

毫米波大规模多天线技术将被应用于下一代5G通信。在多天线系统中，信道信息是信号可靠传输和接收的必要条件，特别对毫米波通信系统中实现波束成形至关重要。收发机天线通常由振荡器驱动对载波信号进行上/下变频，但是振荡器不可避免的抖动可能引起载波频率偏移和相位噪声，造成相位误差。

在毫米波多天线系统中，波束成形之前接收信号的信噪比低、信道矩阵维度高，这些都为毫米波信道估计带来巨大挑战。此外，鉴于毫米波宽带频段的特性，为克服频率选择性衰落，OFDM被认为是一种潜在的宽带传输技术。然而，毫米波载波频率高，加之OFDM对载波频偏异常敏感，相位误差会严重干扰毫米波信道相位的检测。如果在毫米波MIMO-OFDM系统中忽略载波频率偏移对信道估计的影响将使得信道估计器失效。针对低频段的联合信道和载波频率偏移估计器技术皆以微波频段信道丰富散射特性为前提，联合估计器的计算复杂度高，能耗高并且训练开销也大。

对现有技术进行检索发现，基于毫米波信道内在的收发角空间域稀疏特性，有研究学者基于压缩感知原理提出了联合信道与载波频率偏移估计方法。N.J.Myers等在2017年the 18th IEEE International Workshop on Signal Processing Advances forWireless Communications(SPAWC)上发表的A compressive channel estimationtechnique robust to synchronization impairments(异步鲁棒的压缩信道估计技术)中利用信道和载波频率偏移在三个不同的空间维度，包括入射角、反射角和载波频偏的结构特点用一个三维张量将联合估计问题建模为l₁范数最小化优化问题，并且采用正交匹配追踪(OMP)算法来求解。同时，N.J.Myers等在2017年IEEE 7th International Workshop onComputational Advances in Multi-Sensor Adaptive Processing(CAMSAP)上发表的Joint CFO and channel estimation in millimeter wave systems with one-bit ADCs(毫米波系统中1比特模数变换的联合载波频偏与信道估计)中通过采用矩阵拉伸技术将联合估计问题建模为线性优化问题并采用高斯近似消息传递算法来求解。鉴于此前两种方法扩展到宽带系统，复杂度高的问题，N.J.Myers等还在2018年arXiv preprint arXiv:1803.09012,2018.上发表的Message passing-based joint CFO and channelestimation in millimeter wave systems with one-bit ADCs(毫米波系统1比特模数变换下的基于消息传递的联合载波频率偏移与信道估计)中不再适用矩阵拉伸技术，将联合估计问题建模为一个量化的双线性优化问题并且采用并行双线性高斯近似消息传递算法来求解。