專利名稱：一種子載波信噪比估計(jì)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字通信領(lǐng)域，具體涉及一種用于OFDM系統(tǒng)中的子載波信噪比估計(jì)方法 及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系統(tǒng)對頻 帶內(nèi)的所有子載波采用固定的調(diào)制方式。由于信道的頻率選擇性衰落導(dǎo)致各個(gè)子載波上的 信道響應(yīng)不同，如果以處于深衰落的子載波上的信道響應(yīng)為基準(zhǔn)，各個(gè)子載波采用低階調(diào) 制方式，將降低系統(tǒng)的傳輸效率；如果各個(gè)子載波均采用高階調(diào)制方式，將降低系統(tǒng)的誤 碼特性。因此，各個(gè)子載波根據(jù)信道狀況靈活選擇調(diào)制方式是一種很好的選擇，即采用自 適應(yīng)調(diào)制技術(shù)。該技術(shù)能夠兼顧OFDM系統(tǒng)的傳輸效率和誤碼特性，從而顯著提高系統(tǒng)性 能。
自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)一般包括信道估計(jì)、自適應(yīng)調(diào)制方式選擇和信息交互三個(gè)步驟。為了 進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制方式選擇，系統(tǒng)需要估計(jì)信道狀況以及各個(gè)子載波上的信噪比，進(jìn)而根據(jù) 各個(gè)子載波上的信噪比，選出滿足誤碼率要求的最高階調(diào)制方式作為各個(gè)子載波采用的調(diào) 制方式。因此，子載波信噪比估計(jì)的準(zhǔn)確性直接影響系統(tǒng)的傳輸效率和誤碼特性，是自適 應(yīng)調(diào)制技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的子載波信噪比估計(jì)方法采用單個(gè)幀進(jìn)行信噪比估計(jì)， 在時(shí)變特性不顯著的信道條件下(如同軸電纜有線信道)，該方法忽視了不同時(shí)刻發(fā)送幀 的聯(lián)合估計(jì)信噪比的可能性，因此通常需要進(jìn)行較為復(fù)雜的操作才能得到精確的估計(jì)結(jié) 果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于OFDM系統(tǒng)中的子載波信噪比估計(jì)方法及系統(tǒng)，具有較 高的估計(jì)精度和較低的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。
本發(fā)明的子載波信噪比估計(jì)方法的技術(shù)方案如下 一種子載波信噪比估計(jì)方法，其步驟包括
a)接收機(jī)將接收到的時(shí)域序列乂(")進(jìn)行FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅里葉 變換)或DFT (Discrete Fourier Transform,離散傅里葉變換)，得到接收的頻域序列戶(A)。b) 利用當(dāng)前時(shí)刻存儲(chǔ)的信道響應(yīng)估計(jì)值Z/'(A:)，對頻域序列F(A:)進(jìn)行均衡，得到頻域
序列s'(Q。這里的均衡為除法運(yùn)算，可以利用/f'("對r(。進(jìn)行復(fù)數(shù)均衡，也可以利用
i/'("的幅度對r 進(jìn)行幅度均衡。
c) 將頻域序列S'(Q進(jìn)行信息符號解調(diào)，得到判決后的二進(jìn)制序列S'O)。
d) 將二進(jìn)制序列進(jìn)行信息符號調(diào)制，得到判決的頻域符號序列。
e) 將頻域序列除以判決序列X'(Q ，得到去除調(diào)制信息后的頻域序列//〗(A0 。
f) 根據(jù)去除調(diào)制信息后的頻域序列/^(A:)，估計(jì)子載波上的噪聲功率序列"(A:)。
g) 將不同時(shí)刻得到的噪聲功率序列"("進(jìn)行標(biāo)量平均，得到平均后的噪聲功率序列 p'("。這里的標(biāo)量平均是指標(biāo)量的加權(quán)平均，也可以是指數(shù)濾波、移動(dòng)平均以及其他平 均方法。指數(shù)濾波的系數(shù)和移動(dòng)平均的長度可以調(diào)節(jié)。
h) 根據(jù)噪聲功率序列,(A:)，估計(jì)得到各個(gè)子載波上的信噪比序列C'("。
進(jìn)一步，上述步驟b)中，當(dāng)前時(shí)刻存儲(chǔ)的信道響應(yīng)估計(jì)值^("由如下步驟得到
1) 將不同時(shí)刻得到的頻域序列/^0fc)、 //Q2(Q、 ...、 乂"進(jìn)行標(biāo)量平均，得到平均
后的頻域序列《—、W。
2) 利用該頻域序列乂A)，對上一時(shí)刻得到的信道響應(yīng)估計(jì)值//'-1(^)進(jìn)行信道更新。 該信道更新方法如下若第/時(shí)刻前均對"("進(jìn)行復(fù)數(shù)均衡，則根據(jù)公式(l)可以得到當(dāng)前 時(shí)刻的信道響應(yīng)估計(jì)值i/'(";若第z'時(shí)刻前均對"(W進(jìn)行幅度均衡，則根據(jù)公式(2)可以 得到當(dāng)前時(shí)刻的信道響應(yīng)估計(jì)值/T(yt)。
聘)(1) //'(A:)-^"http:///-1^))./^1^). (2) 其中，abs(.)表示取幅度運(yùn)算。 進(jìn)一步，上述步驟f)中，子載波上的噪聲功率序列yO^)估計(jì)方法為如公式(3)所示，
計(jì)算信道響應(yīng)幅度差的平方與常數(shù)1的差，即可得到各個(gè)子載波上的噪聲功率序列^("。
細(xì)=(—咖))2-1. (3)
進(jìn)一步，上述步驟h)中，各個(gè)子載波上的信噪比序列C^)估計(jì)方法為如公式(4) 所示，對噪聲功率序列/ '(W進(jìn)行對數(shù)運(yùn)算，即可得到信噪比序列C'(A:)。<formula>formula see original document page 6</formula> (4)。
一種子載波信噪比估計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
一傅里葉變換模塊，用于將接收到的時(shí)域序列進(jìn)行快速傅里葉變換或離散傅里葉 變換，得到接收的頻域序列戶(A:);
一均衡模塊，用于利用當(dāng)前時(shí)刻存儲(chǔ)的信道響應(yīng)估計(jì)值H'(A:)，對頻域序列r(A:)進(jìn)行 均衡，得到頻域序列^(A);
一信息符號解調(diào)模塊，用于將頻域序列^("進(jìn)行信息符號解調(diào)，得到判決后的二進(jìn) 制序列^(m);
一信息符號調(diào)制模塊，用于將二進(jìn)制序列"(m)進(jìn)行信息符號調(diào)制，得到判決的頻域 符號序列義;&);
一去調(diào)制信息模塊，用于將頻域序列^(it)除以判決序列jr("，得到去除調(diào)制信息后
的頻域序列/^(";
一噪聲功率估計(jì)模塊，根據(jù)去除調(diào)制信息后的頻域序列/^(A:)，估計(jì)子載波上的噪聲 功率序列^(";
一噪聲功率平均模塊，用于將不同時(shí)刻得到的噪聲功率序列A(t)進(jìn)行標(biāo)量平均，得到
平均后的噪聲功率序列/y(w;
和一信噪比估計(jì)模塊，根據(jù)噪聲功率序列p'(ifc)，估計(jì)得到各個(gè)子載波上的信噪比序 列C'(A;)。
進(jìn)一步包括，與均衡模塊連接的一信道平均模塊和一信道更新模塊，
信道平均模塊，將不同時(shí)刻得到的頻域序列/^(W、 /fD2(W、 ...、 //i—、"進(jìn)行標(biāo)量平
均，得到平均后的頻域序列///—、"；
信道更新模塊，利用該頻域序列/^—、W，對上一時(shí)刻得到的信道響應(yīng)估計(jì)值W'、&)進(jìn) 行信道更新。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果在于
本發(fā)明提出在時(shí)變特性不顯著的信道條件下，發(fā)送多個(gè)訓(xùn)練幀進(jìn)行子載波信噪比估 計(jì)。其利用不同時(shí)刻估計(jì)得到的信道估計(jì)幅度差估計(jì)子載波上的噪聲功率大小，進(jìn)而得到 各個(gè)子載波上的信噪比值。本發(fā)明不僅能夠同時(shí)得到信道響應(yīng)估計(jì)值和子載波信噪比估計(jì)值，而且進(jìn)一步提高子載波信噪比估計(jì)精度。 本發(fā)明具有如下特點(diǎn)
1、 利用信道估計(jì)幅度差，能夠同時(shí)得到信道響應(yīng)估計(jì)值和子載波信噪比估計(jì)值，無需 單獨(dú)進(jìn)行信道估計(jì)和子載波信噪比估計(jì)，節(jié)約硬件資源。
2、 聯(lián)合使用了不同時(shí)刻的信道響應(yīng)估計(jì)值和子載波噪聲功率值，估計(jì)精度高。
3、 對不同時(shí)刻得到的噪聲功率序列和去除調(diào)制信息后的頻域序列進(jìn)行標(biāo)量平均，實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜度低。
4、 平均模塊中指數(shù)濾波的系數(shù)或者移動(dòng)平均的長度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。


圖l本發(fā)明提出的子載波信噪比估計(jì)系統(tǒng)框圖2第50號子載波信噪比估計(jì)結(jié)果隨幀數(shù)變化曲線；
圖3子載波信噪比估計(jì)結(jié)果；
圖4 (a)信道估計(jì)的幅度曲線；
圖4 (b)信道估計(jì)的相位曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明所述的適用于時(shí)變特性不顯著的信道條件下的子載波 信噪比估計(jì)方法，但不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
圖1給出了本發(fā)明提出的子載波信噪比估計(jì)系統(tǒng)框圖，具體描述如下
傅里葉變換模塊-接收機(jī)將接收到的時(shí)域序列乂(")進(jìn)行FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅里葉變換)或DFT (Discrete Fourier Transform,離散傅里葉變換)， 得到接收的頻域序列r(A:)。
均衡模塊-利用當(dāng)前時(shí)刻存儲(chǔ)的信道響應(yīng)估計(jì)值w(w，對頻域序列r(w進(jìn)行均衡，
得到頻域序列《(A:)。這里的均衡為除法運(yùn)算，可以利用/7'(;t)對r0l)進(jìn)行復(fù)數(shù)均衡，也 可以利用/Z'(A:)的幅度對r(A:)進(jìn)行幅度均衡。其中，信道響應(yīng)估計(jì)值/f'()t)由如下模塊得 到
信道平均模塊-將不同時(shí)刻得到的頻域序列K(W、巧(W、...、巧—^)進(jìn)行標(biāo)量平均， 得到平均后的頻域序列仄—乂A:);信道更新模塊—利用該頻域序列/fr"(A:)，對上一時(shí)刻得到的信道響應(yīng)估計(jì)值i/'—i(w進(jìn) 行如下信道更新若第/時(shí)刻前均對r("進(jìn)行復(fù)數(shù)均衡，則根據(jù)公式(l)可以得到當(dāng)前時(shí)刻 的信道響應(yīng)估計(jì)值/^(";若第/時(shí)刻前均對r(A:)進(jìn)行幅度均衡，則根據(jù)公式(2)可以得到
當(dāng)前時(shí)刻的信道響應(yīng)估計(jì)值i/'o)。 信息符號解調(diào)模塊--將頻域序列&("進(jìn)行信息符號解調(diào)，得到判決后的二進(jìn)制序列。
信息符號調(diào)制模塊--將二進(jìn)制序列5'(m)進(jìn)行信息符號調(diào)制，得到判決的頻域符號序 去調(diào)制信息模塊--將頻域序列S'(A:)除以判決序列X'(A:)，得到去除調(diào)制信息后的頻域
噪聲功率估計(jì)模塊—根據(jù)去除調(diào)制信息后的頻域序列/Zi(A)，按照公式(3),估計(jì)子載 波上的噪聲功率序列^("。
噪聲功率平均模塊—將不同時(shí)刻得到的噪聲功率序列A("進(jìn)行標(biāo)量平均，得到平均
后的噪聲功率序列,(A;)。這里的標(biāo)量平均是指標(biāo)量的加權(quán)平均，也可以是指數(shù)濾波、移
動(dòng)平均以及其他平均方法。指數(shù)濾波的系數(shù)和移動(dòng)平均的長度可以調(diào)節(jié)。
信噪比估計(jì)模塊--根據(jù)噪聲功率序列^(A)，按照公式(4)，估計(jì)得到各個(gè)子載波上的
信噪比序列C'(A)。
下面列舉個(gè)具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明提出的子載波信噪比估計(jì)方法。設(shè)OFDM系統(tǒng) 的總子載波數(shù)目為256,有效子載波數(shù)目為210。系統(tǒng)采用QPSK調(diào)制方式，間隔發(fā)送訓(xùn) 練幀。接收機(jī)將接收到的第f號幀的時(shí)域序列進(jìn)行256點(diǎn)的FFT，得到頻域序列戶("。 然后，利用/Z'W的幅度對r("進(jìn)行幅度均衡，得到頻域序列^(A:)。其中，信道響應(yīng)估 計(jì)值/T("由如下步驟得到
首先，將不同時(shí)刻得到的頻域序列川("、巧w..... //r(&)進(jìn)行如下指數(shù)濾波平
均，得到平均后的頻域序列/Z,"(W:
//廠1 (" = (1 -々)//廣2+々//r (A:)， A: = 1,2，…,210. 其中，"為指數(shù)濾波系數(shù)，取值為0.3。
然后，利用該頻域序列Z/r(A:)，按照公式(2)，對上一時(shí)刻得到的信道響應(yīng)估計(jì)值i/'一乂A:)進(jìn)行信道更新，得到當(dāng)前時(shí)刻的信道響應(yīng)估計(jì)值//'("。
對頻域序列S'("依次進(jìn)行QPSK解調(diào)、QPSK調(diào)制，得到判決的頻域符號序列Jr("。
將頻域序列s'(A:)除以判決序列^r(A:)，得到去除調(diào)制信息后的頻域序列按照公式
(3)，可以得到各個(gè)有效子載波上的噪聲功率序列^(A:)。將不同時(shí)刻發(fā)送的訓(xùn)練幀的噪聲 功率序列^("進(jìn)行如下指數(shù)濾波平均，得到平均后的噪聲功率序列:
,⑨=(1 -義)/ "+ & = 1,2,…，210.
其中，義為指數(shù)濾波系數(shù)，取值為0.3。
根據(jù)噪聲功率序列,("，按照公式(4)，可以得到各個(gè)子載波上的信噪比序列C'(A:)。
圖2所示為在高斯信道下，信噪比為31dB，第50號子載波信噪比估計(jì)結(jié)果隨幀數(shù)變 化曲線?？梢钥吹?，在系統(tǒng)發(fā)送150幀后，第50號子載波信噪比估計(jì)值逐漸收斂為31dB 左右。圖3所示為系統(tǒng)發(fā)送150幀后，按照本發(fā)明給出的子載波信噪比估計(jì)方法得到的210 個(gè)有效子載波上的信噪比估計(jì)值。圖4給出了采用本發(fā)明給出的子載波信噪比估計(jì)方法同 時(shí)得到的信道估計(jì)的幅度和相位曲線?？紤]到系統(tǒng)中發(fā)端和收端低通濾波器的影響，信道 估計(jì)的幅度和相位曲線與高斯信道的理論曲線近似一致。
盡管為說明目的公開了本發(fā)明的具體實(shí)施方法和附圖，其目的在于幫助理解本發(fā)明的 內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的 精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。本發(fā)明不應(yīng)局限于本說明書和附圖所 公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1、一種子載波信噪比估計(jì)方法，其步驟包括a)接收機(jī)將接收到的時(shí)域序列yi(n)進(jìn)行快速傅里葉變換或離散傅里葉變換，得到接收的頻域序列Yi(k)；b)利用當(dāng)前時(shí)刻存儲(chǔ)的信道響應(yīng)估計(jì)值Hi(k)，對頻域序列Yi(k)進(jìn)行均衡，得到頻域序列Si(k)；c)將頻域序列Si(k)進(jìn)行信息符號解調(diào)，得到判決后的二進(jìn)制序列Bi(m)；d)將二進(jìn)制序列Bi(m)進(jìn)行信息符號調(diào)制，得到判決的頻域符號序列Xi(k)；e)將頻域序列Si(k)除以判決序列Xi(k)，得到去除調(diào)制信息后的頻域序列H0i(k)；f)根據(jù)去除調(diào)制信息后的頻域序列H0i(k)，估計(jì)子載波上的噪聲功率序列ρ0i(k)；g)將不同時(shí)刻得到的噪聲功率序列ρ0i(k)進(jìn)行標(biāo)量平均，得到平均后的噪聲功率序列ρi(k)；h)根據(jù)噪聲功率序列ρi(k)，估計(jì)得到各個(gè)子載波上的信噪比序列Ci(k)。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)中，利用/f'("對r("進(jìn)行復(fù)數(shù)均衡，或利用//'(a)的幅度對r(a)進(jìn)行幅度均衡。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，上述步驟b)中，當(dāng)前時(shí)刻存儲(chǔ) 的信道響應(yīng)估計(jì)值Z/'("由如下步驟得到1) 將不同時(shí)刻得到的頻域序列/^(A:)、 //Q2("、…、//廣("進(jìn)行標(biāo)量平均，得到 平均后的頻域序列/^-乂W;2) 利用該頻域序列/^(A:)，對上一時(shí)刻得到的信道響應(yīng)估計(jì)值//'—乂A:)進(jìn)行信道更新。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，上述步驟f)中，計(jì)算信道響應(yīng)幅度 差的平方與常數(shù)l的差，得到各個(gè)子載波上的噪聲功率序列^(A)。
5、 如權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，步驟g)中，所述標(biāo)量平均是指 標(biāo)量的加權(quán)平均，或指數(shù)濾波、移動(dòng)平均。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，上述步驟h)中，對噪聲功率序列p'(A)進(jìn)行對數(shù)運(yùn)算，得到信噪比序列C'(A)。
7、 一種子載波信噪比估計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一傅里葉變換模塊，用于將接收到的時(shí)域序列乂(")進(jìn)行快速傅里葉變換或離散傅里葉變換，得到接收的頻域序列r(";一均衡模塊，用于利用當(dāng)前時(shí)刻存儲(chǔ)的信道響應(yīng)估計(jì)值i/'("，對頻域序列r(A:)進(jìn)行均衡，得到頻域序列S'(";一信息符號解調(diào)模塊，用于將頻域序列S'(Q進(jìn)行信息符號解調(diào)，得到判決后的二進(jìn) 制序列"0);一信息符號調(diào)制模塊，用于將二進(jìn)制序列^(附)進(jìn)行信息符號調(diào)制，得到判決的頻域 符號序列r(";一去調(diào)制信息模塊，用于將頻域序列S'Ofc)除以判決序列JT(W，得到去除調(diào)制信息后 的頻域序列/^(A:);一噪聲功率估計(jì)模塊，根據(jù)去除調(diào)制信息后的頻域序列W〗(A)，估計(jì)子載波上的噪聲 功率序列^(A:);一噪聲功率平均模塊，用于將不同時(shí)刻得到的噪聲功率序列"("進(jìn)行標(biāo)量平均，得到平均后的噪聲功率序列和一信噪比估計(jì)模塊，根據(jù)噪聲功率序列一("，估計(jì)得到各個(gè)子載波上的信噪比序 列C^)。
8、如權(quán)利要求7所述系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括，與均衡模塊連接的一信道平 均模塊和一信道更新模塊，信道平均模塊，將不同時(shí)刻得到的頻域序列川(A:)、巧W..... /^("進(jìn)行標(biāo)量平均，得到平均后的頻域序列///—信道更新模塊，利用該頻域序列/C、A)，對上一時(shí)刻得到的信道響應(yīng)估計(jì)值H"(A)進(jìn) 行信道更新。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種子載波信噪比估計(jì)方法及系統(tǒng)，屬于數(shù)字通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括接收機(jī)將接收到的時(shí)域序列yⁱ(n)進(jìn)行FFT或DFT，得到頻域序列Yⁱ(k)；利用當(dāng)前時(shí)刻存儲(chǔ)的信道響應(yīng)估計(jì)值Hⁱ(k)，對頻域序列Yⁱ(k)進(jìn)行均衡，得到頻域序列Sⁱ(k)；并進(jìn)行信息符號解調(diào)，得到判決后的二進(jìn)制序列Bⁱ(m)；隨后進(jìn)行信息符號調(diào)制，得到判決的頻域符號序列Xⁱ(k)；將頻域序列Sⁱ(k)除以判決序列Xⁱ(k)，得到去除調(diào)制信息后的頻域序列H₀ⁱ(k)；估計(jì)子載波上的噪聲功率序列ρ₀ⁱ(k)；將不同時(shí)刻得到的噪聲功率序列ρ₀ⁱ(k)進(jìn)行標(biāo)量平均，得到平均后的噪聲功率序列ρⁱ(k)；并最終估計(jì)得到各個(gè)子載波上的信噪比序列Cⁱ(k)。本發(fā)明不僅能夠同時(shí)得到信道響應(yīng)估計(jì)值和子載波信噪比估計(jì)值，而且進(jìn)一步提高了子載波信噪比估計(jì)精度。
文檔編號H04L27/26GK101616120SQ20091008965
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者吳毅凌, 李紅濱, 趙玉萍, 瑜 韓 申請人:北京大學(xué);北京三梯通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司