專利名稱：一種用于瑞利信道的校正均值在線信噪比估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種可應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的在線信噪比估計(jì)方法，屬于移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信中，信道的信噪比估計(jì)是一個(gè)重要的技術(shù)。功率控制、自適應(yīng)調(diào)制、信道譯碼等都需要信噪比的估計(jì)值。按照適用的信道類型，常見的信噪比估計(jì)方法可以分為可用于加性高斯白噪聲(AWGN)信道的信噪比估計(jì)方法和可用于瑞利衰落(Rayleigh fading)信道的信噪比估計(jì)方法兩大類。
在線信噪比估計(jì)是一種直接利用接收數(shù)據(jù)符號(hào)，估計(jì)出信道信噪比的估計(jì)算法。它不需要額外的輔助信號(hào)，信道利用率高。它的估計(jì)是根據(jù)每一幀接收數(shù)據(jù)進(jìn)行的，實(shí)時(shí)跟蹤性能好。而且它的計(jì)算復(fù)雜度低，可與數(shù)據(jù)信號(hào)的接收同步進(jìn)行，在系統(tǒng)中引入的時(shí)延非常小。總之，它是一種高速、高效、低復(fù)雜度的信噪比估計(jì)方法。
但是現(xiàn)有的在線信噪比估計(jì)方法的估計(jì)算法是基于AWGN信道的，不適用于瑞利衰落信道。而實(shí)際系統(tǒng)中的信道往往是瑞利衰落信道。所以，有必要對現(xiàn)有的在線信噪比估計(jì)方法進(jìn)行修改和推廣，使之能應(yīng)用于瑞利衰落信道。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種用于瑞利信道的校正均值在線信噪比估計(jì)方法，該估計(jì)方法將適用于AWGN信道的現(xiàn)有在線信噪比估計(jì)方法進(jìn)行擴(kuò)展，以使它適用于瑞利衰落信道。
技術(shù)方案本發(fā)明提出了一種校正均值在線信噪比估計(jì)方法，其基本思路是用瑞利衰落因子的均值代替實(shí)際的時(shí)變?nèi)鹄ヂ湟蜃?，推?dǎo)出信道信噪比與接收數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值之間的關(guān)系，利用這種關(guān)系，得到信道信噪比的估計(jì)值。
本發(fā)明的具體步驟如下。
第1步對解調(diào)器輸出的每幀信號(hào)rn′，求其包絡(luò)均值E(|rn′|)和功率均值E(|rn′|2)；第2步根據(jù)第1步中求出的信號(hào)包絡(luò)均值和功率均值，計(jì)算功率均值與包絡(luò)均值的平方的比值z＝E(|rn′|2)/[E(|rn′|)]2；第3步用瑞利衰落因子的平均值E(|αn|)代替隨時(shí)間變化的時(shí)變?nèi)鹄ヂ湟蜃应羘，利用最小二乘擬合方法，得到信噪比β與第2步中得到的比值z的近似函數(shù)關(guān)系β＝-43.3586z2+83.9816z-30.0738，并將此函數(shù)關(guān)系存入一個(gè)函數(shù)查尋表(可以用只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)此函數(shù)查詢表的函數(shù)值)；第4步第3步中的近似關(guān)系還存在一定的誤差，需要對它進(jìn)行校正，以得到更準(zhǔn)確的信噪比估計(jì)；對不同的信噪比條件下，我們可以發(fā)射若干幀(比如1000幀)導(dǎo)頻，對每一幀我們計(jì)算出真實(shí)信噪比的值，減去估計(jì)值β所得的差值，然后求差值的平均值，并記錄下來，就可得到對應(yīng)于不同信噪比條件下的校正因子η；第5步以第2步中得到的比值z為地址，查尋函數(shù)表，得到與此比值對應(yīng)的信噪比數(shù)值β，并加上校正因子η進(jìn)行校正，以得到準(zhǔn)確的信噪比數(shù)值β′＝β+η。
有益效果本發(fā)明克服了目前在線信噪比估計(jì)方法只能用于AWGN信道的缺點(diǎn)，提出的校正均值在線信噪比估計(jì)方法能用于瑞利衰落信道，精度較高，并且算法比較簡單，易于硬件實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提出的校正均值在線信噪比估計(jì)方法與現(xiàn)有文獻(xiàn)中的用于高斯信道的在線信噪比估計(jì)方法每幀(幀長為N)運(yùn)算量的比較如下



圖1是本發(fā)明的均值在線信噪比估計(jì)方法的具體實(shí)施框圖。
以上的圖中有接收數(shù)據(jù)在線統(tǒng)計(jì)模塊1、函數(shù)查尋表模塊2、估計(jì)值校正模塊3。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明用瑞利衰落因子的均值代替實(shí)際的時(shí)變?nèi)鹄ヂ湟蜃樱茖?dǎo)出信道信噪比與接收數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值之間的關(guān)系，利用這種關(guān)系，得到信道信噪比的估計(jì)值，其具體步驟如下第1步對解調(diào)器輸出的每幀信號(hào)rn′，求其包絡(luò)均值E(|rn′|)和功率均值E(|rn′|2)；第2步根據(jù)第1步中求出的信號(hào)包絡(luò)均值和功率均值，計(jì)算功率均值與包絡(luò)均值的平方的比值z＝E(|rn′|2)/[E(|rn′|)]2；第3步用瑞利衰落因子的平均值E(|αn|)代替隨時(shí)間變化的時(shí)變?nèi)鹄ヂ湟蜃应羘，利用最小二乘擬合方法，得到信噪比β與第2步中得到的比值z的近似函數(shù)關(guān)系β＝-43.3586z2+83.9816z-30.0738，并將此函數(shù)關(guān)系存入一個(gè)函數(shù)查尋表(可以用只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)此函數(shù)查詢表的函數(shù)值)；第4步第3步中的近似關(guān)系還存在一定的誤差，需要對它進(jìn)行校正，以得到更準(zhǔn)確的信噪比估計(jì)；對不同的信噪比條件下，我們可以發(fā)射若干幀(比如1000幀)導(dǎo)頻，對每一幀我們計(jì)算出真實(shí)信噪比的值，減去估計(jì)值β所得的差值，然后求差值的平均值，并記錄下來，就可得到對應(yīng)于不同信噪比條件下的校正因子η；第5步以第2步中得到的比值z為地址，查尋函數(shù)表，得到與此比值對應(yīng)的信噪比數(shù)值β，并加上校正因子η進(jìn)行校正，以得到準(zhǔn)確的信噪比數(shù)值β′＝β+η。
我們以系統(tǒng)采用二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制(BPSK)時(shí)為例進(jìn)行說明。在平坦瑞利衰落信道中，采用BPSK調(diào)制時(shí)，接收碼字rn′(1≤n≤N)可表示為rn′=±anEs+nn]]>[公式1]其中αn是衰落因子，αn幅度符合瑞利分布，也即Pa(x)=2xe-x2,(x>0)]]>[公式2]由瑞利分布特性，可得衰落因子的期望值為E(αn)＝0.8862。[公式1]中Es為發(fā)送符號(hào)能量，nn為均值為0，方差為σ2的白高斯噪聲。信噪比估計(jì)方法的任務(wù)是估計(jì)出Eb/N0(Eb為每信息比特能量)，設(shè)R代表編碼速率，則Eb/N0＝(Es/R)/N0＝Es/RN0＝Es/2Rσ2[公式3]設(shè)編碼速率R等于0.5，則可得Eb/N0＝Es/σ2。設(shè)β＝Es/σ2，現(xiàn)在信噪比估計(jì)方法的任務(wù)就是估計(jì)出β。
因?yàn)棣羘是一個(gè)隨機(jī)變量，為了簡化推導(dǎo)，我們用αn的均值來代替[公式1]中的αn，從而得到rn′≈±E(an)Es+nn]]>[公式4]我們由每一幀接收數(shù)據(jù)可得E(rn′2)≈(E(αn))2Es+σ2[公式5]E(|rn′|)≈σ2πe-((E(an))2Es/2σ2)+E(an)Es[erf(E(an)Es2σ2)]]]>[公式6]
綜合[公式5]和[公式6]，可得z=E(rn′2)[E(|rn′|)]2≈1+(E(an))2Esσ2{2πe-((E(an))2Es/2σ2)+(E(an))2Esσ2[erf((E(an))2Es2σ2)]}2]]>[公式7]=f((E(an))2Esσ2)=f((E(an))2β)]]>[公式8]所以(E(αn))2β＝f-1(z)，利用簡單的二次曲線擬合，可得到(E(αn))2β＝-34.0516z2+65.9548z-23.6184[公式9]因β＝f-1(z)/(E(αn))2，利用[公式9]及E(αn)＝0.8862，可得β＝-43.3586z2+83.9816z-30.0738[公式10]因?yàn)閇公式10]的推導(dǎo)是基于衰落因子αn的均值的，所以我們可以將基于[公式10]的信噪比估計(jì)方法簡稱為均值在線信噪比估計(jì)方法。
是用統(tǒng)計(jì)平均代替實(shí)際的隨機(jī)變量，所以[公式8]并不能十分精確地反映信噪比，需要進(jìn)行校正。通過仿真試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)在一定的信噪比范圍內(nèi)，校正因子設(shè)置為常數(shù)時(shí)估計(jì)方法的估計(jì)精度就可以達(dá)到要求。所以我們可以將[公式10]修改得到β＝-43.3586z2+83.9816z-30.0738+η(0＜β＜7) [公式11]其中η稱為校正因子，它可根據(jù)不同的應(yīng)用場合與條件，通過仿真試驗(yàn)獲得。例如在應(yīng)用于碼長1000比特左右的低密度校驗(yàn)碼的譯碼器中時(shí)，可通過仿真發(fā)現(xiàn)，η的數(shù)值設(shè)置為4即可讓校正均值在線信噪比估計(jì)方法達(dá)到較好的估計(jì)精度。
基于[公式11]的信道信噪比估計(jì)方法就是本發(fā)明提出的，適用于瑞利衰落信道的信噪比估計(jì)方法，可稱為校正均值在線信噪比估計(jì)方法。
由圖1可見，校正均值在線信噪比估計(jì)方法由在線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊，函數(shù)查尋表模塊，估計(jì)值校正模塊等部分組成。各部分的具體構(gòu)成及功能描述如下。
(1)接收數(shù)據(jù)在線統(tǒng)計(jì)模塊該模塊主要完成對解調(diào)制器輸出數(shù)據(jù)的在線統(tǒng)計(jì)，即完成求[公式5]中的E(rn′2)值和[公式7]中的[E(|rn′|)]2值的功能。
(2)函數(shù)查尋表模塊該模塊利用E(rn′2)和[E(|rn′|)]2得到[公式7]中的z。然后根據(jù)[公式10]所示的二次函數(shù)，使用函數(shù)值查表的方法，得到[公式10]中的β值。
(3)估計(jì)值校正模塊該模塊根據(jù)[公式11]，在β值上加上一個(gè)校正因子η，從而得到校正均值在線信噪比估計(jì)方法的最終信噪比估計(jì)結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種用于瑞利信道的校正均值在線信噪比估計(jì)方法，其特征是用瑞利衰落因子的均值代替實(shí)際的時(shí)變?nèi)鹄ヂ湟蜃樱茖?dǎo)出信道信噪比與接收數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值之間的關(guān)系，利用這種關(guān)系，得到信道信噪比的估計(jì)值，其具體步驟如下第1步對解調(diào)器輸出的每幀信號(hào)r′n，求其包絡(luò)均值E(|r′n|)和功率均值E(|r′n|2)；第2步根據(jù)第1步中求出的信號(hào)包絡(luò)均值和功率均值，計(jì)算功率均值與包絡(luò)均值的平方的比值z＝E(|r′n|2)/[E(|r′n|)]2；第3步用瑞利衰落因子的平均值E(|αn|)代替隨時(shí)間變化的時(shí)變?nèi)鹄ヂ湟蜃应羘，對第2步中得到的比值z進(jìn)行最小二乘擬合，得到信噪比β與比值z的近似函數(shù)關(guān)系β＝-43.3586z2+83.9816z-30.0738，并將此函數(shù)關(guān)系存入一個(gè)表；第4步第3步中的近似關(guān)系還存在一定的誤差，需要對它進(jìn)行校正，以得到更準(zhǔn)確的信噪比估計(jì)；對不同的信噪比條件下，發(fā)射若干幀導(dǎo)頻，對每一幀我們計(jì)算出真實(shí)信噪比的值，減去估計(jì)值β所得的差值，然后求差值的平均值，并記錄下來，就可得到對應(yīng)于不同信噪比條件下的校正因子η；第5步以第2步中得到的比值z為地址查第3步得到的表，得到與此比值對應(yīng)的信噪比數(shù)值β，并加上校正因子η進(jìn)行校正，以得到準(zhǔn)確的信噪比數(shù)值β′＝β+η。
全文摘要
一種用于瑞利信道的校正均值在線信噪比估計(jì)方法是一種可應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的在線信噪比估計(jì)方法，屬于移動(dòng)通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是用瑞利衰落因子的均值代替實(shí)際的時(shí)變?nèi)鹄ヂ湟蜃?，推?dǎo)出信道信噪比與接收數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值之間的關(guān)系，利用這種關(guān)系，得到信道信噪比的估計(jì)值，本發(fā)明克服了目前在線信噪比估計(jì)方法只能用于AWGN信道的缺點(diǎn)，提出的校正均值在線信噪比估計(jì)方法能用于瑞利衰落信道，精度較高，并且算法比較簡單，易于硬件實(shí)現(xiàn)。對于長為N的一幀信號(hào)，只需要(2N+1)次加法操作，(N+1)次乘法操作，3次除法操作。
文檔編號(hào)H04B17/00GK1585311SQ20041004492
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月7日
發(fā)明者潘志文, 李晉, 尤肖虎, 高西奇, 金潤姬, 樸宇歐 申請人:東南大學(xué)