專利名稱：一種子載波信噪比估計方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于數字通信領域，具體涉及一種用于OFDM系統中的子載波信噪比估計方法 及系統。
背景技術：
傳統的正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系統對頻 帶內的所有子載波采用固定的調制方式。由于信道的頻率選擇性衰落導致各個子載波上的 信道響應不同，如果以處于深衰落的子載波上的信道響應為基準，各個子載波采用低階調 制方式，將降低系統的傳輸效率；如果各個子載波均采用高階調制方式，將降低系統的誤 碼特性。因此，各個子載波根據信道狀況靈活選擇調制方式是一種很好的選擇，即采用自 適應調制技術。該技術能夠兼顧OFDM系統的傳輸效率和誤碼特性，從而顯著提高系統性 能。
自適應調制技術一般包括信道估計、自適應調制方式選擇和信息交互三個步驟。為了 進行自適應調制方式選擇，系統需要估計信道狀況以及各個子載波上的信噪比，進而根據 各個子載波上的信噪比，選出滿足誤碼率要求的最高階調制方式作為各個子載波采用的調 制方式。因此，子載波信噪比估計的準確性直接影響系統的傳輸效率和誤碼特性，是自適 應調制技術的一個重要環節。傳統的子載波信噪比估計方法采用單個幀進行信噪比估計， 在時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刻發送幀 的聯合估計信噪比的可能性，因此通常需要進行較為復雜的操作才能得到精確的估計結 果。
發明內容
本發明的目的是提出一種用于OFDM系統中的子載波信噪比估計方法及系統，具有較 高的估計精度和較低的實現復雜度。
本發明的子載波信噪比估計方法的技術方案如下 一種子載波信噪比估計方法，其步驟包括
a)接收機將接收到的時域序列乂(")進行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) 利用當前時刻存儲的信道響應估計值Z/'(A:)，對頻域序列F(A:)進行均衡，得到頻域
序列s'(Q。這里的均衡為除法運算，可以利用/f'("對r(。進行復數均衡，也可以利用
i/'("的幅度對r 進行幅度均衡。
c) 將頻域序列S'(Q進行信息符號解調，得到判決后的二進制序列S'O)。
d) 將二進制序列進行信息符號調制，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 ，得到去除調制信息后的頻域序列//〗(A0 。
f) 根據去除調制信息后的頻域序列/^(A:)，估計子載波上的噪聲功率序列"(A:)。
g) 將不同時刻得到的噪聲功率序列"("進行標量平均，得到平均后的噪聲功率序列 p'("。這里的標量平均是指標量的加權平均，也可以是指數濾波、移動平均以及其他平 均方法。指數濾波的系數和移動平均的長度可以調節。
h) 根據噪聲功率序列,(A:)，估計得到各個子載波上的信噪比序列C'("。
進一步，上述步驟b)中，當前時刻存儲的信道響應估計值^("由如下步驟得到
1) 將不同時刻得到的頻域序列/^0fc)、 //Q2(Q、 ...、 乂"進行標量平均，得到平均
后的頻域序列《—、W。
2) 利用該頻域序列乂A)，對上一時刻得到的信道響應估計值//'-1(^)進行信道更新。 該信道更新方法如下若第/時刻前均對"("進行復數均衡，則根據公式(l)可以得到當前 時刻的信道響應估計值i/'(";若第z'時刻前均對"(W進行幅度均衡，則根據公式(2)可以 得到當前時刻的信道響應估計值/T(yt)。
聘)(1) //'(A:)-^"http:///-1^))./^1^). (2) 其中，abs(.)表示取幅度運算。 進一步，上述步驟f)中，子載波上的噪聲功率序列yO^)估計方法為如公式(3)所示，
計算信道響應幅度差的平方與常數1的差，即可得到各個子載波上的噪聲功率序列^("。
細=(—咖))2-1. (3)
進一步，上述步驟h)中，各個子載波上的信噪比序列C^)估計方法為如公式(4) 所示，對噪聲功率序列/ '(W進行對數運算，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系統，該系統包括
一傅里葉變換模塊，用于將接收到的時域序列進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，用于利用當前時刻存儲的信道響應估計值H'(A:)，對頻域序列r(A:)進行 均衡，得到頻域序列^(A);
一信息符號解調模塊，用于將頻域序列^("進行信息符號解調，得到判決后的二進 制序列^(m);
一信息符號調制模塊，用于將二進制序列"(m)進行信息符號調制，得到判決的頻域 符號序列義;&);
一去調制信息模塊，用于將頻域序列^(it)除以判決序列jr("，得到去除調制信息后
的頻域序列/^(";
一噪聲功率估計模塊，根據去除調制信息后的頻域序列/^(A:)，估計子載波上的噪聲 功率序列^(";
一噪聲功率平均模塊，用于將不同時刻得到的噪聲功率序列A(t)進行標量平均，得到
平均后的噪聲功率序列/y(w;
和一信噪比估計模塊，根據噪聲功率序列p'(ifc)，估計得到各個子載波上的信噪比序 列C'(A;)。
進一步包括，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，將不同時刻得到的頻域序列/^(W、 /fD2(W、 ...、 //i—、"進行標量平
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，對上一時刻得到的信道響應估計值W'、&)進 行信道更新。
本發明的優點和技術效果在于
本發明提出在時變特性不顯著的信道條件下，發送多個訓練幀進行子載波信噪比估 計。其利用不同時刻估計得到的信道估計幅度差估計子載波上的噪聲功率大小，進而得到 各個子載波上的信噪比值。本發明不僅能夠同時得到信道響應估計值和子載波信噪比估計值，而且進一步提高子載波信噪比估計精度。 本發明具有如下特點
1、 利用信道估計幅度差，能夠同時得到信道響應估計值和子載波信噪比估計值，無需 單獨進行信道估計和子載波信噪比估計，節約硬件資源。
2、 聯合使用了不同時刻的信道響應估計值和子載波噪聲功率值，估計精度高。
3、 對不同時刻得到的噪聲功率序列和去除調制信息后的頻域序列進行標量平均，實現 復雜度低。
4、 平均模塊中指數濾波的系數或者移動平均的長度可以根據實際需要進行調整。
圖l本發明提出的子載波信噪比估計系統框圖2第50號子載波信噪比估計結果隨幀數變化曲線；
圖3子載波信噪比估計結果；
圖4 (a)信道估計的幅度曲線；
圖4 (b)信道估計的相位曲線。
具體實施例方式
以下結合附圖詳細說明本發明所述的適用于時變特性不顯著的信道條件下的子載波 信噪比估計方法，但不構成對本發明的限制。
圖1給出了本發明提出的子載波信噪比估計系統框圖，具體描述如下
傅里葉變換模塊-接收機將接收到的時域序列乂(")進行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-利用當前時刻存儲的信道響應估計值w(w，對頻域序列r(w進行均衡，
得到頻域序列《(A:)。這里的均衡為除法運算，可以利用/7'(;t)對r0l)進行復數均衡，也 可以利用/Z'(A:)的幅度對r(A:)進行幅度均衡。其中，信道響應估計值/f'()t)由如下模塊得 到
信道平均模塊-將不同時刻得到的頻域序列K(W、巧(W、...、巧—^)進行標量平均， 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:)，對上一時刻得到的信道響應估計值i/'—i(w進 行如下信道更新若第/時刻前均對r("進行復數均衡，則根據公式(l)可以得到當前時刻 的信道響應估計值/^(";若第/時刻前均對r(A:)進行幅度均衡，則根據公式(2)可以得到
當前時刻的信道響應估計值i/'o)。 信息符號解調模塊--將頻域序列&("進行信息符號解調，得到判決后的二進制序列。
信息符號調制模塊--將二進制序列5'(m)進行信息符號調制，得到判決的頻域符號序 去調制信息模塊--將頻域序列S'(A:)除以判決序列X'(A:)，得到去除調制信息后的頻域
噪聲功率估計模塊—根據去除調制信息后的頻域序列/Zi(A)，按照公式(3),估計子載 波上的噪聲功率序列^("。
噪聲功率平均模塊—將不同時刻得到的噪聲功率序列A("進行標量平均，得到平均
后的噪聲功率序列,(A;)。這里的標量平均是指標量的加權平均，也可以是指數濾波、移
動平均以及其他平均方法。指數濾波的系數和移動平均的長度可以調節。
信噪比估計模塊--根據噪聲功率序列^(A)，按照公式(4)，估計得到各個子載波上的
信噪比序列C'(A)。
下面列舉個具體的實施例來說明本發明提出的子載波信噪比估計方法。設OFDM系統 的總子載波數目為256,有效子載波數目為210。系統采用QPSK調制方式，間隔發送訓 練幀。接收機將接收到的第f號幀的時域序列進行256點的FFT，得到頻域序列戶("。 然后，利用/Z'W的幅度對r("進行幅度均衡，得到頻域序列^(A:)。其中，信道響應估 計值/T("由如下步驟得到
首先，將不同時刻得到的頻域序列川("、巧w..... //r(&)進行如下指數濾波平
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，"為指數濾波系數，取值為0.3。
然后，利用該頻域序列Z/r(A:)，按照公式(2)，對上一時刻得到的信道響應估計值i/'一乂A:)進行信道更新，得到當前時刻的信道響應估計值//'("。
對頻域序列S'("依次進行QPSK解調、QPSK調制，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:)，得到去除調制信息后的頻域序列按照公式
(3)，可以得到各個有效子載波上的噪聲功率序列^(A:)。將不同時刻發送的訓練幀的噪聲 功率序列^("進行如下指數濾波平均，得到平均后的噪聲功率序列:
,⑨=(1 -義)/ "+ & = 1,2,…，210.
其中，義為指數濾波系數，取值為0.3。
根據噪聲功率序列,("，按照公式(4)，可以得到各個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結果隨幀數變 化曲線。可以看到，在系統發送150幀后，第50號子載波信噪比估計值逐漸收斂為31dB 左右。圖3所示為系統發送150幀后，按照本發明給出的子載波信噪比估計方法得到的210 個有效子載波上的信噪比估計值。圖4給出了采用本發明給出的子載波信噪比估計方法同 時得到的信道估計的幅度和相位曲線。考慮到系統中發端和收端低通濾波器的影響，信道 估計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明的具體實施方法和附圖，其目的在于幫助理解本發明的 內容并據以實施，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附的權利要求的 精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可能的。本發明不應局限于本說明書和附圖所 公開的內容，本發明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。
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權利要求
1、一種子載波信噪比估計方法，其步驟包括a)接收機將接收到的時域序列yi(n)進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)利用當前時刻存儲的信道響應估計值Hi(k)，對頻域序列Yi(k)進行均衡，得到頻域序列Si(k)；c)將頻域序列Si(k)進行信息符號解調，得到判決后的二進制序列Bi(m)；d)將二進制序列Bi(m)進行信息符號調制，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)，得到去除調制信息后的頻域序列H0i(k)；f)根據去除調制信息后的頻域序列H0i(k)，估計子載波上的噪聲功率序列ρ0i(k)；g)將不同時刻得到的噪聲功率序列ρ0i(k)進行標量平均，得到平均后的噪聲功率序列ρi(k)；h)根據噪聲功率序列ρi(k)，估計得到各個子載波上的信噪比序列Ci(k)。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)中，利用/f'("對r("進行復數均衡，或利用//'(a)的幅度對r(a)進行幅度均衡。
3、 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，上述步驟b)中，當前時刻存儲 的信道響應估計值Z/'("由如下步驟得到1) 將不同時刻得到的頻域序列/^(A:)、 //Q2("、…、//廣("進行標量平均，得到 平均后的頻域序列/^-乂W;2) 利用該頻域序列/^(A:)，對上一時刻得到的信道響應估計值//'—乂A:)進行信道更新。
4、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，上述步驟f)中，計算信道響應幅度 差的平方與常數l的差，得到各個子載波上的噪聲功率序列^(A)。
5、 如權利要求1或4所述的方法，其特征在于，步驟g)中，所述標量平均是指 標量的加權平均，或指數濾波、移動平均。
6、 如權利要求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)進行對數運算，得到信噪比序列C'(A)。
7、 一種子載波信噪比估計系統，該系統包括一傅里葉變換模塊，用于將接收到的時域序列乂(")進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，用于利用當前時刻存儲的信道響應估計值i/'("，對頻域序列r(A:)進行均衡，得到頻域序列S'(";一信息符號解調模塊，用于將頻域序列S'(Q進行信息符號解調，得到判決后的二進 制序列"0);一信息符號調制模塊，用于將二進制序列^(附)進行信息符號調制，得到判決的頻域 符號序列r(";一去調制信息模塊，用于將頻域序列S'Ofc)除以判決序列JT(W，得到去除調制信息后 的頻域序列/^(A:);一噪聲功率估計模塊，根據去除調制信息后的頻域序列W〗(A)，估計子載波上的噪聲 功率序列^(A:);一噪聲功率平均模塊，用于將不同時刻得到的噪聲功率序列"("進行標量平均，得到平均后的噪聲功率序列和一信噪比估計模塊，根據噪聲功率序列一("，估計得到各個子載波上的信噪比序 列C^)。
8、如權利要求7所述系統，其特征在于，進一步包括，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，將不同時刻得到的頻域序列川(A:)、巧W..... /^("進行標量平均，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)，對上一時刻得到的信道響應估計值H"(A)進 行信道更新。
全文摘要
本發明公開了一種子載波信噪比估計方法及系統，屬于數字通信技術領域。該方法包括接收機將接收到的時域序列y<sup>i</sup>(n)進行FFT或DFT，得到頻域序列Y<sup>i</sup>(k)；利用當前時刻存儲的信道響應估計值H<sup>i</sup>(k)，對頻域序列Y<sup>i</sup>(k)進行均衡，得到頻域序列S<sup>i</sup>(k)；并進行信息符號解調，得到判決后的二進制序列B<sup>i</sup>(m)；隨后進行信息符號調制，得到判決的頻域符號序列X<sup>i</sup>(k)；將頻域序列S<sup>i</sup>(k)除以判決序列X<sup>i</sup>(k)，得到去除調制信息后的頻域序列H<sub>0</sub><sup>i</sup>(k)；估計子載波上的噪聲功率序列ρ<sub>0</sub><sup>i</sup>(k)；將不同時刻得到的噪聲功率序列ρ<sub>0</sub><sup>i</sup>(k)進行標量平均，得到平均后的噪聲功率序列ρ<sup>i</sup>(k)；并最終估計得到各個子載波上的信噪比序列C<sup>i</sup>(k)。本發明不僅能夠同時得到信道響應估計值和子載波信噪比估計值，而且進一步提高了子載波信噪比估計精度。
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 優先權日2009年7月28日
發明者吳毅凌, 李紅濱, 趙玉萍, 瑜 韓 申請人:北京大學;北京三梯通網絡技術有限公司