低複雜度協同中繼系統頻偏估計方法
2023-06-30 20:23:16 1
專利名稱：低複雜度協同中繼系統頻偏估計方法
技術領域：
本發明是一種可應用於協同中繼通信系統中的頻偏估計方法，屬於移動通信中的 同步技術領域。
背景技術：
傳統的蜂窩通信系統所面臨的基本問題是由有限帶寬而導致的容量受限以及時 變多徑衰落導致的通信可靠性下降。如果繼續採取這種網絡結構，將無法適應未來無線應 用的要求。中繼技術通過在蜂窩小區中放置一些功能相對簡單的固定或移動中繼站來放大 或解碼轉發基站與移動用戶之間的信號，可以降低信號的發射功率，延伸基站的覆蓋範圍， 消除覆蓋盲區，從而能夠有效地降低成本。進一步，協同中繼技術通過中繼之間的協作，可 以利用空間分集進一步抵抗無線信道的多徑衰落、克服陰影效應，從而進一步增強通信質 量，提高頻譜效率。然而，在協同中繼系統中，由於中繼地理位置分布的不同以及多個晶振之間的互 相不匹配，在多個中繼鏈路之間存在多個不同的載波頻率偏移，這是協同中繼系統有別於 傳統點對點通信系統的最顯著之處。因此，需要研究針對協同中繼系統的有效的多頻偏估 計方法。
發明內容
技術問題本發明的目的是在協同中繼系統中，提供一種可以有效估計多個頻率 偏移的頻偏估計方法。所提出的頻偏估計方法可一次同時估計多個不同的頻偏參數，顯著 減少了系統的處理時間，且計算複雜度低、估計性能好。技術方案本發明是基於協同通信中繼系統針對該系統所存在的多個頻率偏移這 一問題所提出來的。本發明的相應於K個中繼的長度為N的周期頻域訓練序列通過如下方法構造 ￥0 = 0^0,^,0^ =[e^e^+e,L ,々+(P—1)e ]，Q = N/P, (N)p = 0,0 ^ i0 < I1 < L < μ <L
< iK-! < Q，iu表示長度為N的相應於第μ個中繼的訓練序列中第一個非零元素的索引， μ表示中繼節點的索引，μ < κ，場表示長度為P元素全部非零的序列矢量，4表示單 位陣In的第iu個列矢量，K表示協同中繼系統中繼節點的個數，N表示訓練序列的長度。基於上述頻域訓練序列，本發明的基於實係數多項式方程求根的低複雜度協同中 繼系統頻偏估計方法，利用各中繼節點訓練序列的周期性，將接收序列矢量轉換為對應矩 陣，進而利用相關矩陣的列共軛對稱屬性分別構造相應的實數矩陣，並分別做實數矩陣的 快速特徵分解與實係數多項式方程的快速求根，從而實現快速多頻偏估計該估計的方法具 體為1)對接收序列y進行變換，將其轉換為QXP的矩陣Y，其中，矩陣Y的元素可以表 示為[Y] q,p = [y] qP+p, 0<q<Q，0《p<P，P與Q為正整數，且PX Q = N，N為訓練序列 的長度，q代表矩陣Y的行索引，P代表矩陣Y的列索引；
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2)利用歸一化列共軛對稱矩陣，構造實數方差矩陣；3)對步驟2)得到的實數方差矩陣做特徵分解，得到相應於信號子空間的歸一化 特徵矢量；4)根據步驟3)得到的歸一化特徵矢量，利用幾何映射關係得到的歸一化列共軛 對稱矩陣，構造實係數多項式；5)對步驟4)得到的實係數多項式進行快速求根運算，找出所有成對根中虛部絕 對值最小的K對根，其中K為協同中繼系統中中繼節點的個數；6)計算出相應於這K對根的等效頻偏，並按照從小到大的順序重新排列；7)對步驟6)得到的K個等效頻偏分別作對應的加法運算，得到待估計的K個頻偏值。有益效果本發明所提出的協同中繼系統頻偏估計方法實現簡單，且僅需一次算法運算就 可同時估計出多個頻偏參數，顯著降低了接收機的處理時延，有利於接收機的低複雜度實 現；本發明所提出的頻偏估計方法不僅適於單天線中繼節點與單天線目的節點，而且 適於多天線中繼節點與多天線目的節點，並可進一步推廣至多天線多輸入多輸出系統、分 布式天線系統、協同多用戶系統等其他通信系統中。
圖1是協同中繼系統模型框圖。圖2是協同中繼系統頻偏估計方法示意圖。圖3是協同中繼系統頻偏估計方法的實現結構示意圖。
具體實施例方式假設協同中繼系統中中繼節點的個數為K，訓練序列的長度為N，令μ表示中繼節 點的索引，μ < K，令呤表示長度為P元素全部非零的序列矢量，P < N，且(N)p = 0， μ 表示長度為N的相應於第μ個中繼的訓練序列的第一個非零元素的索引，<、<「< L < iu <L< 『 < Q，Q = N/P，則本發明的相應於K個中繼的長度為N的周期頻域訓練序
列可通過如下方法構造^ = Θ。^，其中，Θ 1)e]《表示單位陣In的第
個列矢量。基於上述頻域訓練序列，根據圖1所示的協同中繼系統模型框圖，目的節點接收 到的時域序列可以表示如下ys^^JKiAXiKU^L ,Dw(^)5L 力^麼収乙③^③砹憐式一
xdiag{[^,§fo,L 8 ,L ,§|]r}k + w其中， Ν(β)=乜叫山，…2"、!^」2^-1)"]]，!!為NXl信道矢量，w為加性白 高斯噪聲，β u = μ+ε μ, ε u為相應於第μ個中繼的歸一化頻偏，-0.5彡ε μ <0.5,ΙΚ表示KXK單位陣，Iq表示QXl全1矢量，Fp表示PXP反離散傅立葉變換矩陣彳表示H(XN 反離散傅立葉變換矩陣， 表示克羅內克乘積運算。然後，通過矩陣變換得到矩陣Y，矩陣Y 的元素可以表示如下
權利要求
1. 一種低複雜度協同中繼系統頻偏估計方法，其特徵在於利用各中繼節點訓練序列的 周期性，將接收序列矢量轉換為對應矩陣，進而利用相關矩陣的列共軛對稱屬性分別構造 相應的實數矩陣，並分別做實數矩陣的快速特徵分解與實係數多項式方程的快速求根，從 而實現快速多頻偏估計該估計的方法具體為1)對接收序列y進行變換，將其轉換為QXP的矩陣Y，其中，矩陣Y的元素可以表示 為[Y]q,p = [y]qP+p,0 <q<Q，0<p<P，P與Q為正整數，且PX Q = N，N為訓練序列的 長度，q代表矩陣Y的行索引，P代表矩陣Y的列索引；2)利用歸一化列共軛對稱矩陣，構造實數方差矩陣；3)對步驟2)得到的實數方差矩陣做特徵分解，得到相應於信號子空間的歸一化特徵矢量；4)根據步驟3)得到的歸一化特徵矢量，利用幾何映射關係得到的歸一化列共軛對稱 矩陣，構造實係數多項式；5)對步驟4)得到的實係數多項式進行快速求根運算，找出所有成對根中虛部絕對值 最小的K對根，其中K為協同中繼系統中中繼節點的個數；6)計算出相應於這K對根的等效頻偏，並按照從小到大的順序重新排列；7)對步驟6)得到的K個等效頻偏分別作對應的加法運算，得到待估計的K個頻偏值。
全文摘要
本發明公開了一種適於協同中繼系統的低複雜度的頻偏估計方法，所提出的估計方法，利用各中繼節點訓練序列的周期性，將接收序列矢量轉換為對應矩陣，進而利用相關矩陣的列共軛對稱屬性分別構造相應的實數矩陣，並分別做實數矩陣的快速特徵分解與實係數多項式方程的快速求根，從而實現快速多頻偏估計。本發明提供的頻偏估計方法有效的解決了協同中繼系統中所特有的多頻偏估計問題，相應的頻偏估計算法可一次同時估計多個不同的頻偏參數，顯著減少了系統的處理時間，且計算複雜度低、估計性能好。
文檔編號H04L27/26GK102098245SQ20111007245
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者尤肖虎, 蔣雁翔, 高西奇 申請人:東南大學