本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種差分空時編碼中相位噪聲補償方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的以語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的、以固定或移動語音終端為界面的通信方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)今信息社會快速發(fā)展的需要。面對多媒體業(yè)務(wù)包括高清圖像，視頻等高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)正引領(lǐng)者技術(shù)發(fā)展的潮流。如何在有限的帶寬、功耗上提高頻譜利用率，進而提高無線通信速率成為人們研究的熱點。

移動通信中編碼方式往往是建立在以時間、頻率和功率為一維資源之上的，可以在一根坐標軸上表示。而以空間資源為二維或者三維的編碼方式技術(shù)難度相應(yīng)較大。在對空間資源利用的技術(shù)中就包括空時編碼，它具有很高的頻譜利用率和較好的通信質(zhì)量，能夠滿足高速數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)要求。1998年，alamouti博士最早提出一種利用兩個發(fā)射天線的傳輸分級方案。在兩個發(fā)送天線，m個接收天線的情況下，接收方先將2發(fā)1收的合并方案應(yīng)用于每根接收天線，再將每根天線上合拼的信號進行簡單相加，就可獲得2m的分級增益。空時編碼通常假設(shè)收發(fā)端已經(jīng)獲取了信道信息。實際系統(tǒng)中，系統(tǒng)信息可以通過發(fā)送已知導(dǎo)頻序列或訓(xùn)練符號得到，然而在一些系統(tǒng)場景中獲取信道信息需要很大的系統(tǒng)開銷。對此可以采用差分空時編碼，利用非相干解調(diào)，接收端即使沒有信道信息也可以解調(diào)信號，并且獲得完整發(fā)射分級。而隨著ofdm(正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，利用ofdm調(diào)制還可以對抗信道中的多徑衰落。

理想本振信號是一個單音信號，但在實際系統(tǒng)中，由于晶振回路內(nèi)部或者外部的隨機噪聲會引起相位抖動，導(dǎo)致本振信號具有一定帶寬、伴隨隨機相位漂移和周期性的雜散信號。特別是在高頻段系統(tǒng)中，本振的震蕩頻率高，供電電壓小，相位噪聲比低頻段系統(tǒng)更加嚴重。在ofdm系統(tǒng)中，相位噪聲除了引起ofdm符號整體相位旋轉(zhuǎn)外，還會造成載波間干擾。因此，如何在ofdm系統(tǒng)中，補償抑制相位噪聲勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是針對上述問題，為了抑制時域差分ofdm中相位噪聲，提出一種采用分組判決導(dǎo)向估計對相位噪聲補償抑制，能夠一定程度補償相位噪聲帶來的性能損失，且分組判決導(dǎo)向估計方案的抑制性能明顯優(yōu)于直接判決導(dǎo)向估計。

為了方便地描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先對本發(fā)明中所使用的概念和術(shù)語進行定義。

正交頻分復(fù)用：正交頻分復(fù)用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,ofdm)技術(shù)，將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到在每個子信道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾(isi)。每個子信道上的信號帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個子信道上可以看成平坦性衰落，從而可以消除碼間串?dāng)_，而且由于每個子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對容易。

空時編碼：發(fā)射端可以在時間維度與空間維度聯(lián)合設(shè)計發(fā)射方案，實現(xiàn)分集增益?？諘r編碼通常假設(shè)收發(fā)端已經(jīng)獲取了信道信息。實際系統(tǒng)中，信道信息可以通過發(fā)送已知導(dǎo)頻序列或訓(xùn)練符號得到。然而，在一些系統(tǒng)場景中獲取信道信息需要很大的系統(tǒng)開銷，例如大規(guī)模天線系統(tǒng)，或是強時變信道的系統(tǒng)。所以需要ofdm調(diào)制對抗信道中的多徑衰落。

相位噪聲：由晶振回路內(nèi)部或者外部的隨機噪聲引起的相位抖動，本振信號具有一定帶寬、伴隨隨機相位漂移和周期性的雜散的信號。在ofdm系統(tǒng)中，相位噪聲除了引起ofdm符號整體相位旋轉(zhuǎn)外，還會造成載波間干擾

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種差分空時編碼中相位噪聲補償方法，該方法用于差分時空編碼-正交頻分復(fù)用系統(tǒng)，定義發(fā)送符號為其中u(n)是psk調(diào)制的信號，為alamouti矩陣，u1(n)和u2(n)表示相鄰兩個發(fā)送符號；定義信道矩陣λk為信道向量，信道矩陣滿足alamouti矩陣；接受機第k個子載波上收到的第n個符號矢量為：

其中，yi(k)為第i個ofdm符號的第k個子載波上收到的無噪聲數(shù)據(jù)，vn(k)為相位噪聲之后的白噪聲，設(shè)定i＝1,2,3,4；

定義相位噪聲模型為維納模型，滿足無限功率的零均值非平穩(wěn)維納過程，相位噪聲表示為：

φ(n)＝φ(n-1)+△(n)

其中，△(n)為方差為2πβts的零均值高斯變量的相位增量；當(dāng)存在相位噪聲時，第n個ofdm符號中，第k個子載波上的接收信號為：

zn(k)＝θn(0)yn(k)+fn(k)+vn(k),n＝1,2,3,4

fn(k)為相位噪聲引入的ici分量，標量θn(k)，n＝1,2,3,4，由第n個ofdm符號的相位噪聲向量的dft變換決定；

定義系統(tǒng)中4個相鄰符號中，公共相位誤差的值為：

其特征在于，包括以下步驟：

s1、如圖1所示，發(fā)送信號至接收機，對于子載波k上發(fā)送的符號u1(k)的檢測量為：

其中，εa為多天線正交性被破壞后的天線間干擾，m1(k)為ici干擾，v1(k)為差分解調(diào)噪聲；mpsk星座點的增益系數(shù)a為：

其中和表示相位噪聲真值，s1和s2表示差分編碼后符號矩陣的元素；

由于接受信號主要受到相位噪聲的影響，將εa，m1(k)，v1(k)均視為隨機量，則接收子載波表示為：

其中，a1和a2表示增益系數(shù)，的導(dǎo)向由和決定；

s2、將一個ofdm符號內(nèi)子載波分為兩組：

定義分組規(guī)則為：

定義符號表示復(fù)數(shù)x的復(fù)角，其中表示接受符號與真實星座點的相位差的絕對值，將復(fù)角差大于等于零的子載波序號放入集合將復(fù)角差小于0的子載波序號放入集合

采用上述分組規(guī)則對步驟s1中的接收向量進行分組，獲得兩組分組數(shù)據(jù)：k1+和k1-；

s3、使用k1+和k1-兩組子載波分別進行判決導(dǎo)向估計：

使用k1+和k1-兩組子載波分別進行判決導(dǎo)向估計獲得兩組和的估計值，和的估計結(jié)果表示為：

其中：

zu,i＝[(|z01(0)|²+|z02(0)|²)u1(0),(|z01(1)|²+|z02(1)|²)u1(1),...,(|z01(k-1)|²+|z02(k-¹)|²)u1(k-1)]

zij表示接收信號，是由k1+估計的，是由k1-估計的；

s4、根據(jù)步驟s3中獲得的估計值和進行組合后獲得四種相位補償方案，分別為：和采用最小均方誤差的規(guī)則從四種可能的相位補償方案中選擇一種，作為估計的相位噪聲真值用于補償。

本發(fā)明的有益效果是：在差分空時編碼ofdm系統(tǒng)中，特別是對高頻段的相位噪聲，采用分組判決導(dǎo)向的算法，通過分組得到兩組數(shù)據(jù)，然后分別進行判決導(dǎo)向估計，再選出適合的補償結(jié)果。利用分組規(guī)則，能剔除部分差錯信號，提升后續(xù)估計的準確性。通過分組判決算法后系統(tǒng)的誤碼性能得到了明顯的提升。

附圖說明

圖1為dstc-ofdm系統(tǒng)框圖；

圖2為判決導(dǎo)向和分組估計對相位噪聲抑制性能曲線圖(qpsk調(diào)制)；

圖3為本發(fā)明的基于分組的判決導(dǎo)向估計算法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

為了消除dstc-ofdm(差分空時編碼-正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)中相位噪聲的影響，需要對接受信號進行分析。通過性能分析，發(fā)現(xiàn)相位噪聲影響主要有兩個方面，一是公共相位誤差(cpe)分量破壞信道的準靜態(tài)特性造成的差分檢測性能下降；二是相位噪聲隨機特性造成的ici。在一個差分編碼的ofdm符號中，大多數(shù)的符號能正確的解調(diào)，且在考慮cpe、噪聲和載波間干擾的綜合影響下，大多數(shù)接收符號的相位旋轉(zhuǎn)不超過2π/m。對于接受到的子載波，采用直接導(dǎo)向判決的方法雖然簡單，但是補償性能卻嚴重依賴符號判決的準確度。因此本發(fā)明通過一種分組導(dǎo)向判決算法估計并抑制dstc-ofdm系統(tǒng)中cpe分量來增強相噪抑制算法的抑制性能，利用分組規(guī)則將一個ofdm符號內(nèi)子載波分為兩個組，分別進行判決導(dǎo)向估計，再將兩組結(jié)果進行組合和選擇，最后計算估計的數(shù)據(jù)平方誤差，選擇平方誤差最小的作為結(jié)果，補償相位噪聲。

本發(fā)明提出了一個針對差分空時編碼正交頻分復(fù)用系統(tǒng)中相位噪聲的補償辦法，將一個ofdm符號內(nèi)子載波分為兩個組，分別進行判決導(dǎo)向估計，再將兩組結(jié)果進行組合和選擇，最后計算估計的數(shù)據(jù)平方誤差，選擇平方誤差最小的作為結(jié)果，補償相位噪聲。其結(jié)果能夠在一定程度抑制相位噪聲。

發(fā)明內(nèi)容中已經(jīng)對本發(fā)明的詳細步驟進行了說明，最終能夠得到估計值和根據(jù)和取值不同，使用k1+組和k1-組子載波分別進行判決導(dǎo)向估計，能夠得到兩組和的估計值，兩組估計值中包含了較為準確的和估計值。下表1中總結(jié)了不同和真值情況下，估計和應(yīng)使用的對應(yīng)分組。符號表示擁有較大的正相位的情況，以此類推。

表1和不同真值對應(yīng)判決導(dǎo)向估計應(yīng)使用的分組

通過圖2可以看出，相位噪聲嚴重限制空時差分系統(tǒng)的系統(tǒng)性能。判決導(dǎo)向估計和分組判決導(dǎo)向估計都能抑制相位噪聲，一定程度補償相位噪聲帶來的性能損失，且分組判決導(dǎo)向估計方案的抑制性能明顯優(yōu)于直接判決導(dǎo)向估計。經(jīng)過相位噪聲抑制后，直接判決估計的誤碼率平層大約相當(dāng)于無相噪系統(tǒng)snr＝17db時的性能，而分組判決估計的誤碼率平層大約相當(dāng)于無相噪系統(tǒng)snr＝20db時的性能。但是由于相位噪聲的隨機性，相位噪聲的影響無法完全消除。