频率选择性衰落信道下mimo-ofdm系统的发射天线数目估计方法
【专利摘要】本发明公开了一种频率选择性衰落信道下MIMO-OFDM系统的发射天线数目估计方法，包括：(1)构造每个子载波的接收信号矩阵；(2)计算每个子载波的协方差矩阵；(3)对每个子载波对应的协方差矩阵做特征分解，利用迭代算法计算噪声方差的估计值集合，构造检测统计量；(4)求解判决门限值；(5)确定检测统计量属性；(6)确定发射天线数目。本发明的有益之处在于：求解判决门限值采用非渐进随机分析方法，在小规模样本数据条件下具有良好的收敛效果，确保估计的可靠性，大幅度提高了估计的实时性；估计噪声功率时采用迭代的方法，在小规模样本数条件下提高了估计的可靠性；判决门限值对有用信号功率的要求低，在小信噪比条件下具有更高的估计性能。
【专利说明】频率选择性衰落信道下MlMO-OFDM系统的发射天线数目估 计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发射天线数目的估计方法，具体涉及一种频率选择性衰落信道 下的 MIM0-0FDM(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing,多输入多输出一正交频分复用）系统的发射天线数目的估计方法，可用于 通信信号盲识别和认知无线电，属于无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 下一代无线通信系统必须具备更高的传输速率、服务质量和频谱效率，在频谱资 源紧张和高速数据传输容易引起信道频率选择性衰落的背景下，MIM0-0FDM技术可为这一 目标的实现提供技术支撑。在通信信号盲识别场景中，需要对非合作通信信号参数进行盲 估计和识别，发射天线数目估计是其中所涉及到的调制盲识别和盲信道估计等关键技术的 前提。
[0003] 现有的频率选择性衰落信道下的MM0-0FDM系统的发射天线数目估计方法大都 建立在传统概率论基础上。〇ren somekh等人在MILC0M2007上发表的"Detecting the Number of Transmit Antennas with Unauthorized or Cognitive Receivers in ΜΙΜ0 Systems"中引入模式选择方法。其设计思想是基于信息论准则的最小描述长度（Minimum Description Length,MDL)和 Akaike 信息论准则（Akaike Information Criterion, AIC), 对频域接收信号的协方差矩阵进行特征值分解，将得到的特征值代入到模式选择的代价函 数中去，找出使代价函数最小的参数值，通过该参数值确定发射天线数目。该方法的不足之 处在于：一方面需要大规模的数据样本来完成发射天线数目的估计，算法实时性差，不适用 于快衰落通信场景；另一方面，在低信噪比的条件下识别性能差，不适用于有用信号功率较 低的通信场景。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种频率选择性衰落信道下的 MM0-0FDM系统的发射天线数目估计方法，该方法可以在样本规模较小或者信噪比较低的 条件下，实现高识别率的发射天线数目估计。
[0005] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0006] 一种频率选择性衰落信道下MM0-0FDM系统的发射天线数目估计方法，其特征在 于，该估计方法使用的系统模型包括一个发射机、一个接收机和一个侦听机，其中，发射机 的天线数目为N t，侦听机的天线数目为队，N，Nt，发送信号采用0FDM调制方式，每一帧0FDM 的子载波数为N，该估计方法包括以下步骤：
[0007] (1)构造每个子载波的接收信号矩阵：
[0008] 对时域接收信号进行0FDM解调，取出接收天线上第1帧0FDM符号的第i个子载 波
【权利要求】
1.频率选择性衰落信道下MIMO-OFDM系统的发射天线数目估计方法，其特征在于，该 估计方法使用的系统模型包括一个发射机、一个接收机和一个侦听机，其中，发射机的天线 数目为Nt，侦听机的天线数目为队，N，N t，发送信号采用OFDM调制方式，每一帧OFDM的子 载波数为N，该估计方法包括以下步骤： (1) 构造每个子载波的接收信号矩阵： 对时域接收信号进行OFDM解调，取出接收天线上第1帧OFDM符号的第i个子载波 _v(/,/)41 _vv(/,/：)f，构造队XL维接收信号矩阵Υρ其中，L为接收OFDM符 号帧数，1彡1彡L，1彡i彡N ; (2) 计算每个子载波的接收信号协方差矩阵免：
当L>凡时，接收信号协方差矩阵$为：矣： '(/，/).ν(/，/)"， Ki
当L <队时，接收信号协方差矩阵?为： y(hi)Hy(l，ih Ki (3) 构造检测统计量： 3a、对每个子载波对应的协方差矩阵免进行特征分解，并将分解得到的特征值按降 序排列：礼 >毛,,_>?>4,, 其中，表示按照降序排列的第k个特征值， 1. k ^ Nr ； 3b、对于第i个子载波，根据特征值集合{λ ki|k= 1，2，...，NJ和终止条件利用迭代 算法计算噪声方差的估计值集合' = 1，2,...，; 3c、对于第i个子载波，通过噪声方差估计值&对特征值进行归一化处理得到相 对应的随机变量U(k，i); 3d、构造检测统计量Uk:
(4) 求解判决门限值Yk: yk=F 1 (1 - Pfa )eL Nr _k + μΙ Ν> _k , 其中，Γ1 (l-pfa)表示第二类Tracy-Widom分布的逆累积分布函数， Pfa表示预先设定的虚警概率，
(5) 确定检测统计量属性： 如果检测统计量uk大于判决门限Y k，则将检测统计量uk判定为信号统计量； 如果检测统计量uk小于判决门限Y k，则将对应检测统计量uk判定为噪声统计量； (6)确定MMO系统发射天线数目： 确定信号统计量的数目，并将该数目作为MIMO-OFDM系统发射天线数目的估计值。
2. 根据权利要求1所述的发射天线数目估计方法，其特征在于，在步骤（1)中，所述 OFDM解调采用的是64点的FFT变换。
3. 根据权利要求1所述的发射天线数目估计方法，其特征在于，在步骤3a中，对协方差 矩阵&进行特征分解采用的是正交对角分解法，包括以下步骤： ① 在协方差矩阵為两边分别乘以正交矩阵P及正交矩阵P的转置矩阵，得到特征值对 角矩阵
°^Ρ? ； ② 从特征值对角矩阵中提取协方差矩阵氧的特征值。
4. 根据权利要求1所述的发射天线数目估计方法，其特征在于，在步骤3b中，计算噪声 方差的估计值集合包括以下步骤： ① 根据特征值{ λ | k = 1，2,. . .，NJ，将噪声方差估计值初始化为噪声方差的最 大似然估计值; ② 根据噪声方差的最大似然估计值和特征值{ λ | k = 1，2,. . .，NJ计算中间变 量P j :
其中，j = 1，2, · · ·，k， 将中间变量带入迭代公式求出新的噪声方差估计值，具体迭代公式由下列公 式确定：
③ 将·斤二与允w进行比较： 若比较结果不满足终止迭代条件，则令，重复②； 若比较结果满足终止迭代条件，则终止迭代过程，就是噪声方差估计值。
【文档编号】H04L25/02GK104301281SQ201410582651
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】李勇朝, 胡梅霞, 李涛, 朱德明, 张海林, 刘毅 申请人:西安电子科技大学