[发明专利]用于大规模MIMO系统的相位噪声补偿抑制方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种用于大规模MIMO系统的相位噪声补偿抑制方法。本发明的方法主要包括：假定相位噪声为零的情况下，对各天线上的接收信号进行最大比合并，得到数据符号的初始值；采用变分贝叶斯算法根据获得的初始值进行迭代，在已知接收信号r_i的条件下数据符号的估计值将收敛于一个稳定的值。本发明的有益效果为，能够实现大规模MIMO系统中高阶调制方式下的数据符号的判决，且判决方法避免了传统变分贝叶斯推断算法当中高维矩阵求逆的运算，将其转化为了对角阵求逆的运算，既降低系统的复杂度，又提高了系统的性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体的说是涉及一种基于变分贝叶斯推断算法的用于大规模MIMO系统相位噪声补偿抑制方法。

背景技术

在无线通信系统中，大规模MIMO系统由于其较高的频谱效率和能量效率而被广泛认为是下一代移动通信的核心技术，通过在基站部署上百根甚至更多的天线，大规模MIMO可以实现在相同的时间和频率下同时为数十个用户服务，从而显著提高频谱效率。随着基站天线数N(N＞＞1)的增加，大规模MIMO的天线增益可以使每个用户的发送信号的功率以1/N的比例降低，从而显著提高能量效率。

然而，大规模MIMO通信系统的信号在传输过程中，除了经历信道的衰落以外，还要受到射频器件非线性因素的影响，这两个因素使在接收端系统的性能降低。通信系统中射频前端的非理想部分主要包括相位噪声，IQ幅度相位不平衡，功率放大器非线性失真等，相位噪声，实际上是对频率源频率稳定度的一种表征。通常情况下，频率稳定度分为长期频率稳定度和短期频率稳定度。所谓短期频率稳定度，是指由随机噪声引起的相位起伏或频率起伏。至于因为温度、老化等引起的频率慢漂移，则称之为长期频率稳定度。通常主要考虑的是短期稳定度问题，可以认为相位噪声就是短期频率稳定度，只不过是一个物理现象的两种不同表示方式。对于振荡器，频率稳定度是它在整个规定的时间范围内产生相同频率的一种量度。如果信号频率存在瞬时的变化，不能保持不变，那么信号源就存在着不稳定性，起因就是相位噪声。

在大规模MIMO通信系统中，发送端与接收端都需要产生相应的载波以完成相应的射频与基带间的频谱转换。然而产生载波的晶体振荡器与锁相环存在一定的差异性，造成了载波频率与目标频率存在短时的随机差异，进而造成所产生的正弦波信号发生随机相位跳变，表现为相位噪声。对于正交频分的调制方式，相位噪声会产生公共相位误差和载波间干扰，这将严重影响系统的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对大规模MIMO-OFDM系统的相位噪声补偿抑制改进方法,提高信号传输的可靠性，降低误码率。

本发明采用了变分贝叶斯推断算法，变分贝叶斯推断算法是一种求解最大后验分布的算法，通过不断地迭代，得到样本已知的条件下的隐藏变量的均值与方差。

为了便于本领域内技术人员对本发明技术方案的理解，首先对本发明采用的系统模型进行说明。

考虑OFDM系统的相位噪声模型，发射端有1根天线，接收端有M根天线，且每根天线上存在着独立同分布的相位噪声，对于第i根接收天线，时域接收信号的表达式为

其中r_i∈C^N×1是第i根天线上的时域接收信号，N是一个OFDM符号中子载波的个数，是接收端第i根天线的相位噪声矩阵，是发射端到接收端第i根天线的信道Toeplitz矩阵，它的第1列为F∈C^N×N是归一化的FFT矩阵，d∈C^N×1是频域的发送数据序列，n_i∈C^N×1是复高斯白噪声序列。

可以分解为以下的形式：