CN109639606B - 单载波空间复用mimo的本振相位噪声估计方法、装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法、装置、介质及设备，该方法包括：在对目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列；利用无迹卡尔曼滤波法估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声；基于RTS平滑滤波算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到发送数据在目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声。显然，通过本申请中的方法，可以显著提高目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度。

Description

单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法、装置

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法、装置、介质及设备。

背景技术

单载波空间复用MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出系统)是指在系统的发射端和接收端设置多个发射天线和接收天线，使传输信号通过发射端与接收端的多个天线进行传送和接收，从而改善数据在传输过程中的通信质量。实验数据表明通过此种设置方式，可以在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，成倍提高单载波空间复用MIMO的信道容量。但是，由于在单载波空间复用MIMO中天线接收端的本地振荡器会产生相位噪声，由此会降低单载波空间复用MIMO的系统性能，所以，在实际应用当中，必须估计出单载波空间复用MIMO中本地振荡器所产生的本振相位噪声并加以抑制，才能发挥单载波空间复用MIMO的性能优势。

目前，针对这一技术问题，一般是采用基于数据辅助硬判决结构的扩展卡尔曼滤波、加权最小二乘估计、基于数据软判决结构的扩展卡尔曼滤波、最大后验估计等方法来估计单载波空间复用MIMO所产生的本振相位噪声，但是，这些方法都存在估计精度低的问题。

所以，如何提供一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法，以提高单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法、装置、介质及设备，以提高单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度。其具体方案如下：

一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法，包括：

在对目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列；

利用无迹卡尔曼滤波法估计所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声；

基于RTS平滑滤波算法，利用所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声估计得到所述发送数据在所述目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声。

优选的，所述利用无迹卡尔曼滤波法估计所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声的过程，包括：

建立所述目标单载波空间复用MIMO的计算模型；

其中，所述计算模型的表达式为：

Y_aM＝R_aMHT_aMS_aM+V_aM；

式中，Y_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收端的向量，R_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为对所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，M为发送两个连续导频的导频间隔，V_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

根据所述计算模型创建所述目标单载波空间复用MIMO的状态空间方程；

其中，所述状态空间方程的表达式为：

式中，φ_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的本振相位噪声，φ_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的本振相位噪声，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量，Y_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收端的向量，R_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为对所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，M为向所述目标单载波空间复用MIMO发送两个连续导频的导频间隔，V_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

利用所述无迹卡尔曼滤波法对所述状态空间方程进行计算，得到所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声。

优选的，所述利用所述无迹卡尔曼滤波法对所述状态空间方程进行计算，得到所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声的过程，包括：

基于所述无迹卡尔曼滤波法设定目标点；

根据所述目标点计算第一参数；

其中，所述第一参数的表达式：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，i为第i个目标点，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^m为第i个目标点的均值权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点；

利用观测方程对所述目标点进行非线性变换，得到变换方程；

其中，所述观测方程的表达式为：

Y_aM＝R_aMHT_aMS_aM+V_aM；

式中，R_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，V_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

所述变换方程的表达式为：

式中，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，R_aM+M,i为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个目标点所得到的接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM+M,i为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻由第i个目标点所得到的发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻发送的第a个导频，V_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

利用所述变换方程计算第二参数；

其中，所述第二参数的表达式为：

式中，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，i为第i个目标点，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^m为第i个目标点的均值权重，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值；

根据所述第二参数和所述变换方程计算第三参数；

其中，所述第三参数的表达式为：

式中，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差，i为第i个目标点，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^c为第i个目标点的方差权重，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息；

根据所述第一参数、所述第二参数、所述第三参数、所述目标点和所述变换方程计算第四参数；

其中，所述第四参数的表达式为：

式中，P_φ,Y,aM+M为

与

的协方差矩阵，i为第i个目标点，L为接收端天线的数量，W_i ^c为第i个目标点的方差权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息；

根据所述第四参数获取第五参数；

其中，所述第五参数的表达式为：

式中，K_aM+M为aM+M时刻所求得的卡尔曼增益，P_φ,Y,aM+M为

与

的协方差矩阵，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差；

利用所述第一参数、第二参数、第三参数和第五参数对所述状态空间方程进行计算，得到所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声；

其中，所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声的表达式为：

式中，

为aM+M时刻的相位噪声的前向估计值，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，real表示对数据取实部，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，Y_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端的向量。

优选的，还包括：

基于所述无迹卡尔曼滤波法设定第一初始值和第二初始值；

其中，所述第一初始值的表达式为：

式中，

为0时刻相位噪声的前向估计值，假设为相位噪声φ₀的均值E(φ₀)；

所述第二初始值的表达式为：

式中，

为0时刻的相位噪声的前向估计值的方差，φ₀为0时刻的相位噪声，

为0时刻的相位噪声的前向估计值；

根据所述第一初始值和所述第二初始值设定初始点；

其中，所述初始点的表达式为：

式中，ξ_aM,0为aM时刻第0个目标点，ξ_aM,i为aM时刻的第i个目标点，

为aM时刻的相位噪声的前向估计值，

为aM时刻的相位噪声的前向估计值的方差，λ为调节参数，

表示矩阵

的第i行向量；

利用过程方程对所述初始点进行计算，得到所述目标点；

其中，所述过程方程的表达式为：

φ_aM+M＝φ_aM+Q_aM；

式中，φ_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的本振相位噪声，φ_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的本振相位噪声，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量；

所述目标点的表达式为：

ξ_aM+M,i＝ξ_aM,i+Q_aM,(i＝0,1,......,2L)；

式中，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，ξ_aM,i为aM时刻第i个目标点，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量。

优选的，还包括：

利用目标权值对所述目标点进行修正；

其中，所述目标权值的表达式为：

W₀ ^(m)＝λ/(L+λ)；

W₀ ^(c)＝λ/(L+λ)+(1-α²+β)；

W_i ^(m)＝W_i ^(c)＝1/{2(L+λ)},i＝1,......,2L；

式中，W₀ ^(m)为第0个目标点的均值权重，W₀ ^(c)为第0个目标点的方差权重，W_i ^(m)为第i个目标点的均值权重，W_i ^(c)为第i个目标点的方差权重，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，即L＝Nr，λ为调节参数。

优选的，所述基于RTS平滑滤波算法，利用所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声估计得到所述发送数据在所述目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声的过程，包括：

基于所述RTS平滑滤波算法设定第三初始化参数和第四初始化参数；

其中，所述第三初始化参数的表达式为：

式中，

为所述目标单载波空间复用MIMO在NM时刻的相位噪声的估计值，初始化为NM时刻的相位噪声的前向估计值

所述第四初始化参数的表达式为：

式中，P_NM为所述目标单载波空间复用MIMO在NM时刻的相位噪声的估计值的方差，

为NM时刻的相位噪声的前向估计值的方差；

根据所述第一参数计算第六参数；

其中，所述第六参数的表达式为：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值的方差，i为第i个目标点，L为接收端天线的数量，W_i ^c为第i个接收端向量估计值的方差权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值；

根据所述第三参数、第五参数和所述第六参数计算第七参数；

其中，所述第七参数的表达式为：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的前向估计值的方差，real表示对数据取实部，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值的方差，K_aM+M为aM+M时刻所求得的卡尔曼增益，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差；

根据所述第七参数和所述第四初始化参数计算第八参数；

其中，所述第八参数的表达式为：

式中，K_aM+b为aM+b时刻的卡尔曼增益，b＝M-1,M-2,...,0，表示两个连续导频间隔之间的时间，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，P_q为一步状态更新的方差，为已知量；

利用所述第三初始化参数、所述第八参数和所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声估计得到所述发送数据在所述单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声；

其中，所述发送数据在所述单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声的表达式为：

式中，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+b时刻相位噪声的估计值，a＝N-1,N-2,N-3,......,0，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的相位噪声的前向估计值，K_aM+b为aM+b时刻的卡尔曼增益，

所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的相位噪声的前向估计值。

相应的，本发明还公开了一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计装置，包括：

导频插入模块，用于在对目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列；

噪声估计模块，用于利用无迹卡尔曼滤波法估计目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声；

噪声滤波模块，用于基于RTS平滑滤波算法，利用所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声估计得到所述发送数据在所述目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声。

相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法的步骤。

相应的，本发明还公开了一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述公开的单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法的步骤。

可见，在本发明中，首先是在目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列，然后，利用无迹卡尔曼滤波法来估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声，最后，基于RTS平滑滤波算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到发送数据在目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声。因为无迹卡尔曼滤波法本身具有建立模型无损失、计算精度高的属性，所以，利用无迹卡尔曼滤波法的此种特性，可以提高目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的估计精度，并且，在本发明中，在利用无迹卡尔曼滤波法估计得到目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声之后，又基于RTS平滑算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到发送数据在目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声，相当于对目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声进行了平滑、过滤，由此进一步提高了目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度。相应的，本发明公开的一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计装置、介质及设备，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种利用无迹卡尔曼滤波法估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的目标单载波空间复用MIMO的系统模型示意图；

图4为本发明实施例提供的导频序列的结构图；

图5为本发明实施例提供的一种计算目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种利用RST平滑滤波算法计算目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计装置的结构图；

图8为本发明实施例提供的一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S11：在对目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列；

在本实施例中，为估计得到目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声，首先，是在目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入已知的导频序列，这样一来，就可以利用已知的导频序列估计得到目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声。

需要说明的是，在目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列是本领域技术人员所熟知的内容，本实施例对此不作具体赘述。

步骤S12：利用无迹卡尔曼滤波法估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声；

可以理解的是，目标单载波空间复用MIMO一般都存在非线性问题，其具体表现在目标单载波空间复用MIMO的过程方程是非线性的，或者目标单载波空间复用MIMO的观测值与状态值之间的关系是非线性的。在此种情况下，往往会出现目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计不准确的问题。

为了解决这一技术问题，在本实施例中，首先是利用无迹卡尔曼滤波法来估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声。因为无迹卡尔曼滤波法本身具有建立模型无损失、计算精度高的优点，所以，在本实施例中，利用无迹卡尔曼滤波法的这一属性可以避免目标单载波空间复用MIMO中不理想的本地振荡器所产生的相位噪声，并以此来提高目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的估计精度。

并且，由于无迹卡尔曼滤波法的算法复杂度较低，由此可以减少在实际操作当中，对目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声进行估计过程中的计算量，显然，通过这样的方法，不仅可以缩短在估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声过程中的计算时间，而且，也可以使得目标单载波空间复用MIMO在导频处的本振相位噪声的估计结果更为稳定、可靠。

步骤S13：基于RTS平滑滤波算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频处的本振相位噪声估计得到目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声。

在本实施例中，为了进一步提高目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的精度，还可以在利用无迹卡尔曼滤波法估计出目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声之后，利用RTS(Rauch-Tung-Striebel)平滑滤波算法对目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声进行过滤，也即，基于RST平滑滤波算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到目标单载波空间复用MIMO在导频序列处和数据传输处的本振相位噪声，换句话说，在本实施例中，是利用RTS平滑滤波算法对目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的估计结果进行平滑，由此可以得到估计精度更高、估计结果更为可靠的目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声。

而且，由于RTS平滑滤波算法的计算量较少，所以，基于RTS平滑滤波算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频处的本振相位噪声估计得到目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声时，不仅不会增加计算目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的计算复杂度，而且，也能够显著提高目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度。

可见，在本实施例中，首先是在目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列，然后，利用无迹卡尔曼滤波法来估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声，最后，基于RTS平滑滤波算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到发送数据在目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声。因为无迹卡尔曼滤波法本身具有建立模型无损失、计算精度高的属性，所以，利用无迹卡尔曼滤波法的此种特性，可以提高目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的估计精度，并且，在本实施例中，在利用无迹卡尔曼滤波法估计得到目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声之后，又基于RTS平滑算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到发送数据在目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声，相当于对目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声进行了平滑、过滤，由此进一步提高了目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，如图2所示，是本发明实施例提供的一种利用无迹卡尔曼滤波法估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声方法的流程图。

具体的，上述步骤S12：利用无迹卡尔曼滤波法估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的过程，包括：

步骤S121：建立目标单载波空间复用MIMO的计算模型；

其中，计算模型的表达式为：

Y_aM＝R_aMHT_aMS_aM+V_aM；

式中，Y_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收端的向量，R_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为对目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，M为发送两个连续导频的导频间隔，V_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

步骤S122：根据计算模型创建目标单载波空间复用MIMO的状态空间方程；

其中，状态空间方程的表达式为：

式中，φ_aM+M为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的本振相位噪声，φ_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的本振相位噪声，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量，Y_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收端的向量，R_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为对目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，M为向目标单载波空间复用MIMO发送两个连续导频的导频间隔，V_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

步骤S123：利用无迹卡尔曼滤波法对状态空间方程进行计算，得到目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声。

为了对本实施例进行更好的说明，在本实施例中，首先是对创建目标单载波空间复用MIMO的计算模型和状态空间方程的过程进行说明。如图3所示，是本实施例提供的目标单载波空间复用MIMO的系统模型示意图。在该系统模型示意图中，假设目标单载波空间复用MIMO在第k时刻接收端的向量为：

Y_k＝R_kHT_kS_k+V_k；

其中，

指k时刻接收天线各个本振相位噪声的指数所组成的对角阵；H＝N_r×N_t，其第m行第n列的元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，可以用训练序列估计计算得到，假设为已知；

指k时刻发送天线各个本振相位噪声的指数组成的对角阵；

指k时刻发送天线输入调制复高斯矢量数据序列，它的均值为零、方差为

I_Nt×Nt为N_t×N_t的单位矩阵；

指k时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列，均值为零，方差为

可以在接收天线的接收端通过测量得到。

根据上述目标单载波空间复用MIMO在第k时刻接收端的向量，可以推导得到目标单载波空间复用MIMO在第aM时刻接收端的向量，也即，目标单载波空间复用MIMO在第aM时刻的计算模型。那么，目标单载波空间复用MIMO在第aM时刻的计算模型为：

Y_aM＝R_aMHT_aMS_aM+V_aM；

当时间序列k＝M,2M,......,NM时，向目标单载波空间复用MIMO发送已知的导频序列，也即，在对目标单载波空间复用MIMO发送的数据当中周期性的插入已知的导频序列

以方便后续的计算流程。发送导频序列的帧结构如图4所示。

假设目标单载波空间复用MIMO在第k时刻接收天线接收到的数据所组成的向量为：

Y_k＝[y_k,1,y_k,2,……，y_k,N]^T；

目标单载波空间复用MIMO在第k时刻的本振相位噪声可以模拟成独立的维纳过程，也即：

那么，φ_k+1＝φ_k+q_k；

式中，q_k为独立同分布的高斯随机向量，它的均值为零，它的方差为

为已知量。

经过上述各个公式的推导，可以建立目标单载波空间复用MIMO在第k时刻的空间状态方程为：

能够想到的是，当建立得到目标单载波空间复用MIMO在第k时刻的计算模型和空间状态方程之后，就可以得到目标单载波空间复用MIMO在第aM时刻的计算模型和空间状态方程，当建立得到目标单载波空间复用MIMO在第aM时刻的空间状态方程之后，就可以在目标单载波空间复用MIMO的状态空间方程当中引入目标单载波空间复用MIMO的在各个时刻的本振相位噪声，也即，状态空间方程中的φ_aM+M，最后，利用无迹卡尔曼滤波法来对状态空间方程进行求解，就可以得到目标单载波空间复用MIMO在各个导频序列处的本振相位噪声。

可见，在本实施例中，是对利用无迹卡尔曼滤波法对目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的估计过程进行了具体说明，由此保证了目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声在估计计算过程中的可实施性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，如图5所示，是本发明实施例提供的一种计算目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声方法的流程图。

具体的，上述步骤S123：利用无迹卡尔曼滤波法对状态空间方程进行计算，得到目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的过程，包括：

步骤S01：基于无迹卡尔曼滤波法设定目标点；

步骤S02：根据目标点计算第一参数；

其中，第一参数的表达式：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，i为第i个目标点，L为目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^m为第i个目标点的均值权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点；

步骤S03：利用观测方程对目标点进行非线性变换，得到变换方程；

其中，观测方程的表达式为：

Y_aM＝R_aMHT_aMS_aM+V_aM；

式中，R_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，V_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

变换方程的表达式为：

式中，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，R_aM+M,i为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个目标点所得到的接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM+M,i为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻由第i个目标点所得到的发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM+M为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻发送的第a个导频，V_aM+M为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

步骤S04：利用变换方程计算第二参数；

其中，第二参数的表达式为：

式中，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，i为第i个目标点，L为目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^m为第i个目标点的均值权重，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值；

步骤S05：根据第二参数和变换方程计算第三参数；

其中，第三参数的表达式为：

式中，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差，i为第i个目标点，L为目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^c为第i个目标点的方差权重，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息；

步骤S06：根据第一参数、第二参数、第三参数、目标点和变换方程计算第四参数；

其中，第四参数的表达式为：

式中，P_φ,Y,aM+M为

与

的协方差矩阵，i为第i个目标点，L为接收端天线的数量，W_i ^c为第i个目标点的方差权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息；

步骤S07：根据第四参数获取第五参数；

其中，第五参数的表达式为：

式中，K_aM+M为aM+M时刻所求得的卡尔曼增益，P_φ,Y,aM+M为

与

的协方差矩阵，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差；

步骤S08：利用第一参数、第二参数、第三参数和第五参数对状态空间方程进行计算，得到目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声；

其中，目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的表达式为：

式中，

为aM+M时刻的相位噪声的前向估计值，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，real表示对数据取实部，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，Y_aM+M为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端的向量。

在本实施例中，是对无迹卡尔曼滤波法对目标单载波空间复用MIMO在各个导频序列处的本振相位噪声的计算过程进行了详细说明，也即，利用无迹卡尔曼滤波法对状态空间方程中的φ_aM+M的计算过程进行了详细说明。具体的，首先是基于无迹卡尔曼滤波法设定目标点ξ_aM+M,i，当利用无迹卡尔曼滤波法设定了目标点ξ_aM+M,i以后，然后，根据第一参数的表达式得到第一参数

也即，得到目标单载波空间复用MIMO的一步预测值，之后，利用观测方程对目标点进行非线性变换，得到变换方程。

步骤S04至步骤S08是对目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的计算过程进行了详细说明，其具体推导过程为本领域技术人员所熟知的内容，在此不再进行赘述。

需要说明的是，在步骤S03中，变换方程中的R_aM+M,i和T_aM+M,i是由目标点进行确定的。并且，当计算得到了第五参数之后，就相当于获取了卡尔曼滤波法中的卡尔曼增益，那么，当目标单载波空间复用MIMO接收到了下一时刻的接收数据时，就可以根据本振相位噪声的表达式对目标单载波空间复用MIMO中的本振相位噪声进行计算，并计算得到目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声。需要说明的是，Y_aM+M为目标单载波空间复用MIMO在第aM+M时刻接收天线实际接收到的数据，real表示对接收天线实际接收到的数据取实部。

具体的，在步骤S07中计算目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的过程包括：

当a＝N-1,k＝M-1,M-2,...,0时，可以计算得到

和

的值；当a＝N-2,k＝M-1,M-2,...,0重复计算上述两个式子；当a＝N-3,k＝M-1,M-2,...,0再重复计算上述两个式子，直至a＝0,k＝M-1,M-2,...,0；此时，可以计算得到目标单载波空间复用MIMO在导频处所有时刻0,1,2,...,M,M+1,M+2,...,2M,...,NM的相位噪声，也即，估计得到目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声。

显然，通过本实施例中的方法，可以使得目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声的计算过程更为明确、清晰，从而保证了计算结果的准确性和可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化。在本实施例中，是提供了一种具体的确定目标点的方法。具体的，上述设定目标点的过程包括：

基于无迹卡尔曼滤波法设定第一初始值和第二初始值；

其中，第一初始值的表达式为：

式中，

为0时刻相位噪声的前向估计值，假设为相位噪声φ₀的均值E(φ₀)；

第二初始值的表达式为：

式中，

为0时刻的相位噪声的前向估计值的方差，φ₀为0时刻的相位噪声，

为0时刻的相位噪声的前向估计值；

根据第一初始值和第二初始值设定初始点；

其中，初始点的表达式为：

式中，ξ_aM,0为aM时刻第0个目标点，ξ_aM,i为aM时刻的第i个目标点，

为aM时刻的相位噪声的前向估计值，

为aM时刻的相位噪声的前向估计值的方差，λ为调节参数，

表示矩阵

的第i行向量；

利用过程方程对初始点进行计算，得到目标点；

其中，过程方程的表达式为：

φ_aM+M＝φ_aM+Q_aM；

式中，φ_aM+M为目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的本振相位噪声，φ_aM为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的本振相位噪声，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量；

目标点的表达式为：

ξ_aM+M,i＝ξ_aM,i+Q_aM,(i＝0,1,......,2L)；

式中，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，ξ_aM,i为aM时刻第i个目标点，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量。

在本实施例中，是列举了一种设定目标点ξ_aM+M,i的方法。具体的，首先是基于无迹卡尔曼滤波法设定状态空间方程的初始均值和初始方差，也即，第一初始值和第二初始值，然后，根据第一初始值和第二初始值设定初始点ξ_aM,i。并且，根据初始点ξ_aM,i的表达式可知，在本实施例中，是采用对称采样策略来选取初始点ξ_aM,i，这样可以使得采样得到的初始点ξ_aM,i更为均匀，显然，通过这样的方式，可以提高目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度，最后，利用过程方程对初始点ξ_aM,i进行计算，得到目标点ξ_aM+M,i，并由此得到数值确定的目标点。

在本实施例中，是对目标点的设定过程进行了具体说明，通过本实施例所提供的方法来设定目标点，可以使得目标点的代表性更强，由此就可以使得目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度可信度更高。

作为一种优选的实施方式，上述单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法还包括：

利用目标权值对目标点进行修正；

其中，目标权值的表达式为：

W₀ ^(m)＝λ/(L+λ)；

W₀ ^(c)＝λ/(L+λ)+(1-α²+β)；

W_i ^(m)＝W_i ^(c)＝1/{2(L+λ)},i＝1,......,2L；

式中，W₀ ^(m)为第0个目标点的均值权重，W₀ ^(c)为第0个目标点的方差权重，W_i ^(m)为第i个目标点的均值权重，W_i ^(c)为第i个目标点的方差权重，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，即L＝Nr，λ为调节参数。

为了消除在选取目标点过程中采样的非局部效应，在本实施例中，是提供了一种对目标点进行修正的方法。通过本实施例中的方法，不仅可以使得采样得到的目标点更为均匀，而且，也可以进一步提高目标单载波空间复用MIMO中的本振相位噪声的计算精度。

需要说明的是，上述目标权值的表达式中λ＝α²(L+k)-L，α表示测试点偏离期望值的程度，α通常是一个非常小的正数，在实际应用当中，可以令α＝10^-3，L＝N_r为目标单载波空间复用MIMO中接收天线的数量，k为调节参数，k的作用是保证矩阵的半正定，优选的，可以将k取为零。β为先验分布信息，优选的，可以将β取为2。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，如图6所示，是本发明实施例提供的一种利用RST平滑滤波算法计算目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声方法的流程图。

具体的，上述步骤S13：基于RTS平滑滤波算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到发送数据在目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声的过程，包括：

步骤S131：基于RTS平滑滤波算法设定第三初始化参数和第四初始化参数；

其中，第三初始化参数的表达式为：

式中，

为目标单载波空间复用MIMO在NM时刻的相位噪声的估计值，初始化为NM时刻的相位噪声的前向估计值

第四初始化参数的表达式为：

式中，P_NM为目标单载波空间复用MIMO在NM时刻的相位噪声的估计值的方差，

为NM时刻的相位噪声的前向估计值的方差；

步骤S132：根据第一参数计算第六参数；

其中，第六参数的表达式为：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值的方差，i为第i个目标点，L为接收端天线的数量，W_i ^c为第i个接收端向量估计值的方差权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值；

步骤S133：根据第三参数、第五参数和第六参数计算第七参数；

其中，第七参数的表达式为：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的前向估计值的方差，real表示对数据取实部，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值的方差，K_aM+M为aM+M时刻所求得的卡尔曼增益，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差；

步骤S134：根据第七参数和第四初始化参数计算第八参数；

其中，第八参数的表达式为：

式中，K_aM+b为aM+b时刻的卡尔曼增益，b＝M-1,M-2,...,0，表示两个连续导频间隔之间的时间，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，P_q为一步状态更新的方差，为已知量；

步骤S135：利用第三初始化参数、第八参数和目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到发送数据在单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声；

其中，单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的表达式为：

式中，

为目标单载波空间复用MIMO在aM+b时刻相位噪声的估计值，a＝N-1,N-2,N-3,......,0，

为目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的相位噪声的前向估计值，K_aM+b为aM+b时刻的卡尔曼增益，

目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的相位噪声的前向估计值。

在本实施例中，为了利用RTS平滑滤波算法对目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声进行滤波，首先是基于RTS平滑滤波算法设定了两个初始化参数，也即，第三初始化参数

和第四初始化参数P_NM；其次，根据目标点ξ_aM+M,i和第一参数

计算得到第六参数

然后，根据第三参数P_Y,aM+M、第五参数K_aM+M和第六参数

计算得到第七参数

之后，利用第七参数

和第四初始化参数P_NM计算第八参数K_aM+b；最后，根据第三初始化参数

和第八参数K_aM+b对本振相位噪声

进行滤波，得到滤波后的本振相位噪声

需要说明的是，在本实施例中，是将a＝N-1,k＝M-1,M-2,......,0依次代入第三参数P_Y,aM+M和滤波后的本振相位噪声

中进行计算，这样就相当于计算得到了目标单载波空间复用MIMO在各个时刻的本振相位噪声，也即，通过本实施例中的方法，除了可以计算得到目标单载波空间复用MIMO在aM整数倍时刻的本振相位噪声，还可以计算得到目标单载波空间复用MIMO在其他非整数倍时刻的本振相位噪声，所以，利用本实施例中的方法可以对目标单载波空间复用MIMO在aM整数倍时刻的本振相位噪声进行修正，也即，得到目标单载波空间复用MIMO在导频处和数据传输处的本振相位噪声。

显然，利用RTS平滑滤波算法来对目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声进行滤波，可以进一步提高目标单载波空间复用MIMO的本振相位噪声的估计精度。

相应的，本发明实施例还公开了一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计装置，如图7所示，包括：

导频插入模块21，用于在对目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列；

噪声估计模块22，用于利用无迹卡尔曼滤波法估计目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声；

噪声滤波模块23，用于基于RTS平滑滤波算法，利用目标单载波空间复用MIMO在导频序列处的本振相位噪声估计得到发送数据在目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声。

相应的，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法的步骤。

相应的，本发明实施例还公开了一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计设备，如图8所示，包括：

存储器31，用于存储计算机程序；

处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述公开的单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法的步骤。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法、装置、介质及设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法，其特征在于，包括：

在对目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列；

利用无迹卡尔曼滤波法估计所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声；

基于RTS平滑滤波算法，利用所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声估计得到所述发送数据在所述目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声；

所述利用无迹卡尔曼滤波法估计所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声的过程，包括：

建立所述目标单载波空间复用MIMO的计算模型；

其中，所述计算模型的表达式为：

Y_aM＝R_aMHT_aMS_aM+V_aM；

式中，Y_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收端的向量，R_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为对所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，M为发送两个连续导频的导频间隔，V_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

根据所述计算模型创建所述目标单载波空间复用MIMO的状态空间方程；

其中，所述状态空间方程的表达式为：

式中，φ_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的本振相位噪声，φ_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的本振相位噪声，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量，Y_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收端的向量，R_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为对所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，M为向所述目标单载波空间复用MIMO发送两个连续导频的导频间隔，V_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

利用所述无迹卡尔曼滤波法对所述状态空间方程进行计算，得到所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述无迹卡尔曼滤波法对所述状态空间方程进行计算，得到所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声的过程，包括：

基于所述无迹卡尔曼滤波法设定目标点；

根据所述目标点计算第一参数；

其中，所述第一参数的表达式：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，i为第i个目标点，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^m为第i个目标点的均值权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点；

利用观测方程对所述目标点进行非线性变换，得到变换方程；

其中，所述观测方程的表达式为：

Y_aM＝R_aMHT_aMS_aM+V_aM；

所述变换方程的表达式为：

式中，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，R_aM+M,i为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个目标点所得到的接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM+M,i为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻由第i个目标点所得到的发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻发送的第a个导频，V_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

利用所述变换方程计算第二参数；

其中，所述第二参数的表达式为：

式中，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，i为第i个目标点，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^m为第i个目标点的均值权重，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值；

根据所述第二参数和所述变换方程计算第三参数；

其中，所述第三参数的表达式为：

式中，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差，i为第i个目标点，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，W_i ^c为第i个目标点的方差权重，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息；

根据所述第一参数、所述第二参数、所述第三参数、所述目标点和所述变换方程计算第四参数；

其中，所述第四参数的表达式为：

式中，P_φ,Y,aM+M为

与

的协方差矩阵，i为第i个目标点，L为接收端天线的数量，W_i ^c为第i个目标点的方差权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻第i个接收端向量的估计值，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息；

根据所述第四参数获取第五参数；

其中，所述第五参数的表达式为：

式中，K_aM+M为aM+M时刻所求得的卡尔曼增益，P_φ,Y,aM+M为

与

的协方差矩阵，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差；

利用所述第一参数、第二参数、第三参数和第五参数对所述状态空间方程进行计算，得到所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声；

其中，所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声的表达式为：

式中，

为aM+M时刻的相位噪声的前向估计值，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，real表示对数据取实部，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端向量的加权估计值，Y_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻接收端的向量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

基于所述无迹卡尔曼滤波法设定第一初始值和第二初始值；

其中，所述第一初始值的表达式为：

式中，

为0时刻相位噪声的前向估计值，假设为相位噪声φ₀的均值E(φ₀)；

所述第二初始值的表达式为：

式中，

为0时刻的相位噪声的前向估计值的方差，φ₀为0时刻的相位噪声，

为0时刻的相位噪声的前向估计值；

根据所述第一初始值和所述第二初始值设定初始点；

其中，所述初始点的表达式为：

式中，ξ_aM,0为aM时刻第0个目标点，ξ_aM,i为aM时刻的第i个目标点，

为aM时刻的相位噪声的前向估计值，

为aM时刻的相位噪声的前向估计值的方差，λ为调节参数，

表示矩阵

的第i行向量；

利用过程方程对所述初始点进行计算，得到所述目标点；

其中，所述过程方程的表达式为：

φ_aM+M＝φ_aM+Q_aM；

式中，φ_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的本振相位噪声，φ_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的本振相位噪声，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量；

所述目标点的表达式为：

ξ_aM+M,i＝ξ_aM,i+Q_aM,(i＝0,1,......,2L)；

式中，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，ξ_aM,i为aM时刻第i个目标点，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

利用目标权值对所述目标点进行修正；

其中，所述目标权值的表达式为：

W_i ^(m)＝W_i ^(c)＝1/{2(L+λ)},i＝1,......,2L；

式中，

为第0个目标点的均值权重，

为第0个目标点的方差权重，W_i ^(m)为第i个目标点的均值权重，W_i ^(c)为第i个目标点的方差权重，L为所述目标单载波空间复用MIMO的接收端天线的数量，即L＝Nr，λ为调节参数。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于RTS平滑滤波算法，利用所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声估计得到所述发送数据在所述目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声的过程，包括：

基于所述RTS平滑滤波算法设定第三初始化参数和第四初始化参数；

其中，所述第三初始化参数的表达式为：

式中，

为所述目标单载波空间复用MIMO在NM时刻的相位噪声的估计值，初始化为NM时刻的相位噪声的前向估计值

所述第四初始化参数的表达式为：

式中，P_NM为所述目标单载波空间复用MIMO在NM时刻的相位噪声的估计值的方差，

为NM时刻的相位噪声的前向估计值的方差；

根据所述第一参数计算第六参数；

其中，所述第六参数的表达式为：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值的方差，i为第i个目标点，L为接收端天线的数量，W_i ^c为第i个接收端向量估计值的方差权重，ξ_aM+M,i为aM+M时刻第i个目标点，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值；

根据所述第三参数、第五参数和所述第六参数计算第七参数；

其中，所述第七参数的表达式为：

式中，

为相位噪声在aM+M时刻的前向估计值的方差，real表示对数据取实部，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值的方差，K_aM+M为aM+M时刻所求得的卡尔曼增益，P_Y,aM+M为aM+M时刻接收端向量加权估计值的方差；

根据所述第七参数和所述第四初始化参数计算第八参数；

其中，所述第八参数的表达式为：

式中，K_aM+b为aM+b时刻的卡尔曼增益，b＝M-1,M-2,...,0，表示两个连续导频间隔之间的时间，

为相位噪声在aM+M时刻的一步估计值，P_q为一步状态更新的方差，为已知量，

为aM时刻的相位噪声的前向估计值的方差；

利用所述第三初始化参数、所述第八参数和所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声估计得到所述发送数据在所述单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声；

其中，所述发送数据在所述单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声的表达式为：

式中，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+b时刻相位噪声的估计值，a＝N-1,N-2,N-3,......,0，

为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的相位噪声的前向估计值，K_aM+b为aM+b时刻的卡尔曼增益，

所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的相位噪声的前向估计值。

6.一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计装置，其特征在于，包括：

导频插入模块，用于在对目标单载波空间复用MIMO的发送数据中按照预设周期插入导频序列；

噪声估计模块，用于利用无迹卡尔曼滤波法估计所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声；所述利用无迹卡尔曼滤波法估计所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声的过程，包括：

建立所述目标单载波空间复用MIMO的计算模型；

其中，所述计算模型的表达式为：

Y_aM＝R_aMHT_aMS_aM+V_aM；

式中，Y_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收端的向量，R_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n列元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为对所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，M为发送两个连续导频的导频间隔，V_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

根据所述计算模型创建所述目标单载波空间复用MIMO的状态空间方程；

其中，所述状态空间方程的表达式为：

式中，φ_aM+M为所述目标单载波空间复用MIMO在aM+M时刻的本振相位噪声，φ_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻的本振相位噪声，Q_aM为独立同分布的高斯随机向量，Y_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收端的向量，R_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻接收天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，H为N_r×N_t的矩阵，第m行n例元素为h_m,n，表示第n个发送天线到第m个接收天线的信道信息，T_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送天线各个本振相位噪声的复指数组成的对角阵，S_aM为对所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻发送的第a个导频，M为向所述目标单载波空间复用MIMO发送两个连续导频的导频间隔，V_aM为所述目标单载波空间复用MIMO在aM时刻各个接收天线的复高斯随机噪声序列；

利用所述无迹卡尔曼滤波法对所述状态空间方程进行计算，得到所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声；

噪声滤波模块，用于基于RTS平滑滤波算法，利用所述目标单载波空间复用MIMO在所述导频序列处的本振相位噪声估计得到所述发送数据在所述目标单载波空间复用MIMO传输过程中的本振相位噪声。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法的步骤。

8.一种单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述的单载波空间复用MIMO的本振相位噪声估计方法的步骤。

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