无线通信系统下的一种相位噪声改进估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明无线通信技术领域，尤其涉及在无线通信系统中通过相应算法实现相位噪 声的估计。
【背景技术】
[0002] 现代数字通信系统都有相应的使用频段，系统需要把信息序列上调到指定频段后 才能送到传输介质中，而接收端则需要将接收信号下变频到基带以方便后续处理。所以在 发送端和接收端都需要产生相应的载波以完成相应的上变频和下变频操作。然而载波并不 是理想的，由于产生载波的晶体振荡器和锁相环路存在一定的稳定性，因而造成了载〉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。
[0003] 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。
[0004] 相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单 位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该 频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。
[0005] 相位噪声的估计和跟踪可以分为前馈和反馈两大方式。前馈方式需要将接收的信 号分成许多小段，然后分别估计每段的平均相位误差。当前研宄大部分集中在0FDM系统 中。总体来说，有基于反馈和无反馈的相位噪声补偿算法。在0FDM系统中，相位噪声会产 生公共相位误差（CPE)和载波间干扰（ICI);在SC-FDE系统中，产生公共相位误差（CPE)和 码间串扰（ISI)，导致误码率增大。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种在无线通信系统中，利用算法实现相位噪声的估计。该方法是 利用等效离散时域信道冲激响应通过插值方式估计出相位噪声的公共相位误差（CPE)，最 后通过迭代的方法实现相位噪声的估计。
[0007] 为了方便地描述本发明的内容，首先对本发明中所使用的术语进行说明：
[0008] 特殊字（UW，UniqueWord)。为了在接收端进行同步或参数估计等，在发送端发送 的具有某些特定特性的、对接收端已知的特殊序列。
[0009] 无线通信系统下的一种相位噪声改进估计方法，包括如下步骤：
[0010]S1、相位噪声估计初始化，具体为：
[0011]S11、将在接收端得到时域信号表示为矩阵的形式yNX1=ANXNhNXNxNX1+wNX1，其中， yNX1是一个NX1列向量的形式，A_是一个由相噪构成的NXN对角矩阵，hNXN为等效时域 信道冲激响应构成的托普利兹（toeplitz)矩阵，xNX1为传输数据构成的NX1列向量，wN>u 为NX1的噪声向量，N为不为零的自然数；
[0012] S12、利用信道估计得到相应的等效时域信道的冲激响应叾。，将特殊字（UW)加入 到要传输的数据序列中，实现去除码间干扰；
[0013]S13、通过传输数据序列中的UW，采用插值的方式估计出第i个UW与第i+1个UW 之间传输的第i个数据块的相噪常数a(i)与a的比，取所述比值的平局值作为相位噪声的 初步估计
[0014]S2、迭代，具体为：利用时域相位噪声的自相关函数，构造出自相关矩阵，对所述自 相关矩阵进行特征值分解，得到特征值和相应的正交特征向量，再利用K-L变换实现对相 位噪声的估计；
[0015]S3、补偿相位噪声们实现传输数据块传输数据的估计。
[0016] 本发明的有益效果是：
[0017] 本发明利用等效离散时域信道冲激响应通过插值方式估计出相位噪声的公共相 位误差（CPE)，通过迭代的方法实现相位噪声的估计，提高系统的可靠性，减小误码率。
【附图说明】
[0018]图1是本发明使用的受相位噪声影响的单载波频域均衡系统模型图。
[0019]图2是本发明使用的相噪统计模型图。
[0020] 图3是在单载波频域均衡通信系统中本发明方法实现消除相位噪声影响的流程 图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例和附图，详细说明本发明的技术方案。
[0022] S1、相位噪声估计初始化，具体为：
[0023]S11、将在接收端得到时域信号表示为矩阵的形式yNX1=ANXNhNXNxNX1+wNX1，其中， yNX1是一个NX1列向量的形式，A_是一个由相噪构成的NXN对角矩阵，hNXN为等效时域 信道冲激响应构成的托普利兹（toeplitz)矩阵，xNX1为传输数据构成的NX1列向量，wN>u 为NX1的噪声向量，N为不为零的自然数；
[0024]S12、利用信道估计得到相应的等效时域信道的冲激响应纟。，将特殊字（UW)加入 到要传输的数据序列中，实现去除码间干扰；
[0025]S13、通过传输数据序列中的UW，采用插值的方式估计出第i个UW与第i+1个UW 之间传输的第i个数据块的相噪常数a(i)与a的比，取所述比值的平局值作为相位噪声的 初步估计：
[0026]S2、迭代，具体为：利用时域相位噪声的自相关函数，构造出自相关矩阵，对所述自 相关矩阵进行特征值分解，得到特征值和相应的正交特征向量，再利用K-L变换实现对相 位噪声的估计。
[0027] 以IEEE802.llad标准为例，给出的相位噪声PSD模型可以推算得出时域相位噪声 的自相关函数：
，利用自相关矩阵 特征值分解得到的正交特征向量组去重构相位噪声即巾=Ua。
[0028]WNX1接收信号时域表示为：yNX1=diag(p NX1) hNxNXNXl+WNXl，其中，yNX1接收信号 的时域构成的矩阵，diag(pNXN)为相噪时域构成的对角矩阵，hNXN为信道的时域构成的 toeplitz矩阵，xNX1为传输数据时域构成的矩阵，wNX1为噪声时域构造成的矩阵。把f作 为初始条件构造A1;NXN，利用l+j<i>和yNX1=diag(pNX1)hNXNxNX1+wNX1以及相位噪声 自相关矩阵分解得到的特征向量组巾=Ua这三个条件。通过不断的迭代估计出I利用 小=Ua实现对相位噪的估计。
[0029]S3、补偿相位噪声们实现传输数据块传输数据的估计。
[0030]图1为本发明使用的受相位噪声影响的单载波频域均衡系统模型图。
[0031]发射端使用单载波分块传输（Single-CarrierBlockTransmission,SCBT)，比特 流经过信道编码、数字映射后添加保护间隔分块传输。在SC-FDE系统中，保护间隔为已知 的UW组成，这样做的好处是既构成了下一个块的等效循环前缀（CyclicPrefix,CP)，也可 以作为接收端参数估计的已知序列，提高了数据传输效率。
[0032] 信号经过信道后受接收端噪声影响，经采样后进入数字域处理。从数字接收机 看，数字信号经过的等效信道包括发射机的成形滤波器、物理传播信道和接收机的匹配滤 波器。数字接收机的采样信号受信道中的加性高斯白噪声（AddictiveWhiteGaussian Noise,AWGN)加性影响和相位噪声的乘性影响。
[0033] 接收机把接收到的信号串并转换，移除等效CP后经过FFT到频域进行频域均衡， 然后经IFFT返回到时域进行判决、数字解调和信道解码，最后送出比特流给终端。
[0034]设串并转换后的用户