基于矩阵盖尔圆的发射天线数目盲估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于矩阵盖尔圆的发射天线数目盲估计方法，在频率选择性衰落信道和存在剩余频偏的条件下，并且不利用导频等先验信息，实现了MIMO‑OFDM系统发射天线数目的有效估计。主要包括：(1)构造相邻两个子载波的接收信号矩阵；(2)计算协方差矩阵；(3)构造酉变换矩阵；(4)进行酉相似变换；(5)构造判决准则表达式；(6)确定发射天线数目。本发明专利技术解决了在频率选择性衰落信道，低信噪比和存在剩余频偏的恶劣条件下，发射天线数目盲识别的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发射天线数目的估计方法，具体涉及一种在频率选择性衰落信道下的MIMO-OFDM(Multiple Input Multiple Output-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，多输入多输出-正交频分复用)系统的发射天线数目的估计方法，可用于存在剩余频偏的情况下，通信信号盲识别和认知无线电，属于无线通信

技术介绍
新一代无线通信系统的发展目标为更高的传输速率、更好的服务质量、更高的频谱利用率。而在移动无线通信系统中，存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问题，因此MIMO-OFDM技术成为下一代无线传输链路中的主要方案。在非合作通信系统中，需要对MIMO-OFDM通信信号参数进行盲估计和识别，其中发射天线数目估计是后续盲信道估计、盲编码方式识别和盲信号解调等关键技术的重要前提。发射天线数目估计算法大多由信源数目估计算法中引入，可分为模式选择法和假设检验法。2007年，Oren somekh等人在MILCOM上发表的“Detecting the Number of Transmit Antennas with Unauthorized or Cognitive Receivers in MIMO Systems”中引入 基于信息论准则的模式选择方法。2011年K.Hessan等人在ITS Telecommunications上发表的“Blind detection the number of the transmitting antennas for spatially-correlated MIMO systems”中引入基于PET(Predicted Eigenvalue Threshold，预测特征值上限)的假设检验方法。这两种方法仅适用于平坦信道下的MIMO系统。2008年，沃达丰移动通信的Eckhard Ohlmer等人在Vehicular Technology Conference发表的“Algorithm for Detecting the Number of Transmit Antennas in MIMO-OFDM Systems”中采用导频序列并结合假设检验来估计天线数目的方法，该方法需要建立在良好的同步基础上，同时需要导频信号是相互正交的，并且不同天线发射的导频信号都是不同的码字类。但是，在频率选择性衰落信道和存在剩余频偏的条件下，并且不利用导频等先验信息时，上述三种方法均无法实现对MIMO-OFDM系统进行精确的发射天线数目盲估计。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种基于矩阵盖尔圆的发射天线数目盲估计方法，主要利用盖尔圆定理，通过对接收信号协方差矩阵进行酉变换实现发射天线数目的估计，不利用导频等先验信息，能够适应一定的剩余频偏，具有很强的鲁棒性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于矩阵盖尔圆的发射天线数目盲估计方法，包含至少一个发射 机、至少一个接收机和至少一个侦听机；发送信号采用OFDM调制方式，记一帧OFDM信号中有Nsubcarrier个子载波，利用Nframe帧OFDM信号来进行估计；信道为频率选择性衰落的MIMO信道，记其多径数为Lmultipath，时频同步后仍存在一定的剩余频偏；侦听机进行如下步骤：S1侦听机根据时域接收信号，得到子载波i上的Nr×Nframe维接收信号矩阵Yi(1≤i≤Nsubcarrier)；Nr为侦听机的接收天线数目；S2根据步骤S1得到的子载波i的接收信号矩阵Yi及其相邻子载波i+1的接收信号矩阵Yi+1构造为Nr×2Nframe维矩阵Y′i＝[Yi，Yi+1]，并计算Y′i协方差矩阵；S3将协方差矩阵Ci写成分块矩阵的形式，即其中C1i是Ci的Nr-1阶顺序主子矩阵，Nr-1维列向量c的元素为协方差矩阵Ci最右边一列前Nr-1个元素，cH为c的共轭转置，为Ci第Nr行、Nr列的元素；对矩阵C1i进行特征值分解得到酉变换矩阵U1i；然后根据酉变换矩阵U1i得到酉变换矩阵S4通过酉变换矩阵Ui对协方差矩阵Ci进行酉变换得矩阵Si：S5利用步骤S4得到的矩阵Si构造对角矩阵 对Si进行相似变换得到矩阵S′i：S6根据步骤S5得到的矩阵S′i得到每个子载波对应的k个判决准测表达式： MGDE i ( k ) = γ k ρ k - γ k + 1 k Σ j = 1 N r - 1 γ j 2 · Σ j = 1 N r - 1 γ j ρ j ; ]]>其中，k＝1，2，…，Nr-1；将(Nsubcarrier-1)个子载波的k个表达式累和可得： M G D E ( k ) = Σ i = 1 N s u b c a r r i e r - 1 MGDE i 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于矩阵盖尔圆的发射天线数目盲估计方法，其特征在于，包含至少一个发射机、至少一个接收机和至少一个侦听机；发送信号采用OFDM调制方式，记一帧OFDM信号中有Nsubcarrier个子载波，利用Nframe帧OFDM信号来进行估计；信道为频率选择性衰落的MIMO信道，记其多径数为Lmultipath，时频同步后仍存在一定的剩余频偏；侦听机进行如下步骤：S1根据时域接收信号，得到子载波i上的Nr×Nframe维接收信号矩阵Yi(1≤i≤Nsubcarrier)；Nr为侦听机的接收天线数目；S2根据步骤S1得到的子载波i的接收信号矩阵Yi及其相邻子载波i+1的接收信号矩阵Yi+1构造为Nr×2Nframe维矩阵Y′i＝[Yi，Yi+1]，并计算Y′i协方差矩阵；S3将协方差矩阵Ci写成分块矩阵的形式，即其中C1i是Ci的Nr‑1阶顺序主子矩阵，Nr‑1维列向量c的元素为协方差矩阵Ci最右边一列前Nr‑1个元素，cH为c的共轭转置，为Ci第Nr行、Nr列的元素；对矩阵C1i进行特征值分解得到酉变换矩阵U1i；然后根据酉变换矩阵U1i得到酉变换矩阵S4通过酉变换矩阵Ui对协方差矩阵Ci进行酉变换得矩阵Si；S5利用步骤S4得到的矩阵Si构造对角矩阵对Si进行相似变换得到矩阵S′i：S6根据步骤S5得到的矩阵S′i得到每个子载波对应的k个判决准测表达式：MGDEi(k)=γkρk-γk+1kΣj=1Nr-1γj2·Σj=1Nr-1γjρj;]]>其中，k＝1，2，…，Nr‑1；将(Nsubcarrier‑1)个子载波的k个表达式累和可得：MGDE(k)=Σi=1Nsubcarrier-1MGDEi(k);]]>S7判决发射机的发射天线数目：MGDE(k)按照k由小到大依次取值，MGDE(k)取第一个非正值时对应的k值减1估计为发射天线数目即...

【技术特征摘要】
1.基于矩阵盖尔圆的发射天线数目盲估计方法，其特征在于，包含至少一个发射机、至少一个接收机和至少一个侦听机；发送信号采用OFDM调制方式，记一帧OFDM信号中有Nsubcarrier个子载波，利用Nframe帧OFDM信号来进行估计；信道为频率选择性衰落的MIMO信道，记其多径数为Lmultipath，时频同步后仍存在一定的剩余频偏；侦听机进行如下步骤：S1根据时域接收信号，得到子载波i上的Nr×Nframe维接收信号矩阵Yi(1≤i≤Nsubcarrier)；Nr为侦听机的接收天线数目；S2根据步骤S1得到的子载波i的接收信号矩阵Yi及其相邻子载波i+1的接收信号矩阵Yi+1构造为Nr×2Nframe维矩阵Y′i＝[Yi，Yi+1]，并计算Y′i协方差矩阵；S3将协方差矩阵Ci写成分块矩阵的形式，即其中C1i是Ci的Nr-1阶顺序主子矩阵，Nr-1维列向量c的元素为协方差矩阵Ci最右边一列前Nr-1个元素，cH为c的共轭转置，为Ci第Nr行、Nr列的元素；对矩阵C1i进行特征值分解得到酉变换矩阵U1i；然后根据酉变换矩阵U1i得到酉变换矩阵S4通过酉变换矩阵Ui对协方差矩阵Ci进行酉变换得矩阵Si；S5利用步骤S4得到的矩阵Si构造对角矩阵对Si进行相似变换得到矩阵S′i：S6根据步骤S5得到的矩阵S′i得到每个子载波对应的k个判决准测表达式： MGDE i ( k ) = γ k ρ k - γ k + 1 k Σ j = 1 N r - 1 γ j 2 · Σ j ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇朝，李涛，高明君，张海林，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61