专利名称：在通信系统中对干扰加噪声的级别进行估计的方法及设备的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种用于^i信系统中对影响〗樣--乡M 接收的导频符号的接收 信号的干抛鹏声的级别进行估计的方法。 背景狱
通信系 常 |汗概鹏声。干扰一船旨的是由不同设备或不同系统同时 j柳系统资源而弓胞的不希望接收的信号，而噪声主要是由有缺陷的il^:机鹏 引起的。
对由不同设备在不同的可用资源J^f穀啲干扰加噪声级的认知l顿统性能 倉^M;稳健的干扰加噪声感知^t和接收技术得到鹏。也能使干J划鹏声感知 鄉各自鹏和资源分配和管理机鹏效。
例如，在接收机侧，对干拗鹏声级的认知可以糊于稳健的最小化駄误
M(MMSE (Minimum Mean Square Error) )j古计、均衡和^i!！1，并且由于如同对数 纖比(LLR (Log Likelihood Ratio))的可繊件比特也用于增鹏信綱马。
自适应调制和编码(AMC)、混合自动重传请求(H-ARQ (Hybrid-Automatic Repeat Request))、调度、功率控制和切换也是由于对干抛Q噪声级的认知而可改 善系统性能的^g各自鹏和资源分艱Q管理机制的实例。
在现有狱中，提出了多铺决方案用于对干扰加噪声级估计。一離决方 案提供对平均级的估计，其中对由所接收的信号所穀,传播和干扰斜牛的时间 和频率变化鹏述平均，而其他的解决方^ 麵时级的估计，彌时级针对 在给定的频率和时间间隔上的传播和干扰斜牛的给定实IJ^定义。由于它们良好 的间隔尺寸，涉及在给定频斜卩时间间隔±) 时级的估计的解决方案比平均级 解决方案更吸引人。
涉及在给定频率和时间间隔Ji^干扰加噪声的瞬时级估计的解决方案可以被 分成两种 。第一，将后于信道估计(posterior-tocharaiel estimation)解决方 錢组，其假设雜可靠的信道估计器，臓可靠的信道估计鹏辦经由给定频率和时间间隔的瞬时信道衰落的准确估计，而第二类型将先于信道解决
(prior陽to《hannel estimation)方案估计重组，其可以在信道估计之辦颇行，从而无 需4顿经由给定频率和时间间隔的瞬时信道衰落的估计。
先于信道估i,早决方案实质比后于信道估iti 决方案更有吸弓l力，因为首先 由于它们不需要存在信道估计器因此实1^^不太，，其次它们对信道估it^ 差不敏感，第三，它们由于在信道估计器输A^iJlf對隹确的干扰加噪声级而能 够提高信道估计的准确度。但是先于信道估i愤决方案的主要挑战是在不4柳信 道估计输出的情况下以合理的鋭性^燃超搞准确性。
发明内容
因此，本发明的目标是提出一种方法和一种设备，使得育^多在信道估计之前 并以低鋭性实现的方式准确估计干扰加噪声的瞬时级。
为此，本发明涉及一种用于ifil信系统中对影响j饿一纟朋; 接收的导频符号 的接收信号的干扰加噪声的级别进行估计的方法，欺寺征在于，该方 跑職骤:
—用该纟朋万接收的导频符号除以相应组导频符号，
—由滤波器对被除的该組所接收的导频符号进fr滤波，所述滤波器的系m/人 与信織落相关矩阵的最低特征值之一有关的特征向量被确定，该信it^落相关 矩阵恭于影响该组导频符号的信道系fc间的相关性，
_为了估计影响所接收到的信号的干扰加噪声的级别而把在滤波器的输出端 ;fch^获得的符号的平方纟M值(square absolute value)提高到平均tK平(average up)。
本发明也涉及一种用于在通信系统中对影响所鄉的信号的干扰加噪声的级
别进行估计的设备，所i^fai寸的信号f^一纟朋;f接收的导频符号，其特征在于
该设备包括
-用于用该纟朋万接收的导频符号除以相应组导频符号的装置，
-用于由滤波器对被除的该^^接收的导频符号进疗膪波的體，0M滤波器 的系数从与信髓落相关矩阵的最概寺征值之一有关的特征向量被确定，该信道 衰落相关矩阵^/于影响该组导频符号的信道系数之间的相关性，
-用于为了估计影响接收信号的干扰加噪声的级别而把在滤波器的输出端处 所获得的符号的平方纟M值提高到平均7K平的装置。
由此，ffl^顿滤波器(该滤波器的系i^人与信it^落相关矩阵的最概寺征 值之一有关的特征向量被获得)，使衞樣所激寸的导频符号的接收信号部分对接收信号的总能量的贡献变得可能被忽视。因此，只有4樣干扰加噪声的接收信号 部分的贡献保留，这使得从己、搶波的信号的旨氇中推导出干扰加噪声的育,为 可能。
根概寺定特征，系数是从与信it^落相労巨阵的衝氐特征值有关的特征向量
获得的。
因此，M^顿从与信it^落相关矩阵的最低特征值有关的特征向量而获得
的、搶波器系数，使得忽斷^^所劍寸的导频符号的接收信号部分对接收信号总能 量的贡献变得可能。因此，只有4樣干扰加噪声的接收信号部分的贡献保留，这 使得从已滤波的信号的育瞳中推导出干扰加噪声的^a^为可能。
根据特定特征，系数是从与信3I^落相労巨阵的最概寺征值有关的特征向量 以及从其系数是该组导频符号的函数的对角矩阵被获得的，并且该方法进一步包
鄉骤将结果的平均旨罎除以从滤波器系数和该组导频符号所获得的^疆值。 因此，当导频符号具有不等于归一值的其纟树值时，本发明是可适用的。 根概寺定特征，经由不同的频率 波和/或时间间隔或经由不同的频率
波群和/#同的时间间隔群接收多组导频符号。
因此，对经由不同频率^ it波和/或时间间隔或经由不同频率预波群和/跡
同时间间隔群估计干扰加噪声的级别是可能的。
当导频符号以相同的时间间隔但在不同的频率间隔上被，时，于是在频率
维度(frequency dimension)上执徹波。信驗落相魏鹏这种情况下條影 响该组导频符号的信道系数之间的频率自相关性。^言道i^落相労巨阵由适用于所 考虑的系统和环境的信道功率EiE分布图的，IM^确定。
当导频符号以相同的频率间隔M^t，但是在不同的时间间隔内时，于是在 时间维度(time dimension)上执疔搶波。信iK"落相规卩ffi这种情况下fW影 响该组导频符号的信道系数之间的时间自相关性。信it^落相労卧车从适用于所 考虑的系统和环境的信道多普勒频谱的，M^确定。
当导频符号在不同的频率间隔和不同的时间间隔上被刻寸时，于是在频率维 度以及时间维度上执行滤波。信it^落相^EPffi这种情况下^^影响该组导频 符号的信道系数之间的频率和时间自相关性。信m^落相关矩阵AiS用于所考虑 的系统和环境的信道功率^ifi分布图和多普勒频谱的1iM^确定。
根概寺定特征，滤波器魏括有限M系数的有限脉冲响应嫩皮器。根据特定特征，代表影响该纟朋万接收的导频符号的信道系数之间的自相关性 的信itt落相关矩阵是从信道功率延迟分布图和多普勒频谱的理论的或实验的模 M^被确定的。
因此，代表影响该组导频符号的信道系数之间的相关性的信道相关矩阵可以 以离线的方式被确定，并且搶波器的系数于是可以被存储在设备的存储器中，该 设备在给定的频斜口时间间隔厕干扰加噪声的级另腿行估计。
根据特定特征，当所接收的信号戣油于例如不完美同步而弓胞的相位體
时，4该影响该组导频符号的信道系数之间的相关性的信道相关矩阵可以fflil考
虑关于相位^M的统计分布的可用信息来被确定。
因此，代表影响该组导频符号的信道系数之间的相关性的信道相关矩阵可以 以离线的方式被确定。该滤波器的系数于是可以被存储在设备的存储器中，该设 备在给定的频率和时间间隔_ 干扰加噪声的级别进行估计。
根据另一方面，本发明涉及可以直接加载到可编程设备中的计穀朋聘，包 括指令或代码部分，用于当所述计^tJll，在可编程设备上l^l行时，实现根据 本发明的方法的步骤。
因为与该计嶽MMi^有关的特征和优点和与根据本发明的方法和设备有关的
，的特征和优点一样，所以在这里将不帮tt复。
本发明的特征将/A^实例实施例的以下描述的阅读中更清楚iM现，所述描
述将参考附图得出，其中
图1是^1信系统结构的图2是根据本发明的接收机的框图3是根据本发明被包含在接收机中的干扰加噪声级估计设备的框图4是根据本发明为了估计干扰加噪声级而由接收机执行的算法；
图5示出了当在Wf入，出(SISO)上下文中为带宽20MHz的SC-FDMA系
统l顿魏的滤波器时干扰加噪声估计方法的性能；
图6示出了当在，入，出(SISO)上下文中为带宽10MHz的OFDMA系
统j顿誠的滤波器时干扰加噪声估计方法的性能；
图7是由国际电信ra给定的信道净魏Vehicular A。 具体实M^"式图1是 ^1信系统结构的图。
^ffl信系统中，，器20通31M信信道50向至少一个接收机10魁寸信号。 離号條导频符号(pilot symbol) ^
作为例子并且以非限定的方式，本发明可应用于基于正交频分复用(OFDM (orthogonal frequency division multiplexing))的^B^电通信系统o
ttiMk，信号经由频率间隔或:？1 波和/或时间间隔的±央被^1寸。这些±央被称
^'资源±央'或'组±央(chunk)"。组±她括至少一个频率 波和一个时间间隔， 或组±央包括 3^卖的频率，波的群，或也iMi^卖的时间间隔的群。
根据本发明，干扰加噪声的级别在信道估计之辦皮估计，艮呒需i顿顺时 信驗落的招可估计。
本发明提出了在频率预波和时间间隔的至^"H^且:^W干扰加噪声瞬时 级的估计，其中至A一个导频符号被鹏寸到该至少一个组i夹上。
对于包含A^个导频符号的组块，第n个所接收的导频符号具有以下标准形
式
r" = V^Xa + v = " + 6 ; Vw = 1. ■ ，
其中&是4樣^m]"的导频符号的所接收到的信号部分的所接收的育瞳，&
是瞬时信ite落，、是第n个所发射的导频腊号，以及Vn是方差^的相应第n个
干扰加噪声分量。
^i:面等式中给出的第n个所接收的导步M号假设没有相位误差。如果发生 相位i^，贝U第n个所接收的导^f言号于是可以被^/于成
^ = + 、)= "A化；V" = 1 Jp ，
其中^表示影响i亥第n个所接收的导频符号的相位误差。^一般由在区间 "M]中的均匀分布被建模，其中A和A ^处于考虑中的系统特定的两个参数。
本发明的发明人发现，Mm至A一个所接收的导频符号应用适当的滤波， 可能精确itMI取影响给定组块的干扰加噪声A的级别。
Mile = [c。,.,.，Cwf标长度L的有限脉冲响应滤波器的系数的列向量，滤波
器的第m铺出被获得为
"一) ，、
其中，[]'彰駕]的共轭，[f彰示[.]的转置共轭，以及;cW与用于衛共滤波器的第m ，出l的L个所接收的导频f矜的向量相关。
如&i:面的等式中所示，卢)是由用于^f共第m个^f波器输出厶的L个所接 收的导频符号f"}除以其相应的导频符号{小)}而产生的。
因为^tt几和接收机知ii^述导频符号，所以相应的导频符号是由激讨/M 激寸的导频符号。
3131为给定组±央计算滤波器输出处的符号的育疆，得到
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中M ^与给定组±央有关的滤波器输出的数量。R是LxL维的矩阵，其可 以被俯为
<formula>formula see original document page 9</formula>
LxL维矩阵r fW影响L个滤波器输入的组的信道系数的实际相关性。i亥矩 阵r是厄米的(Hermitian)，艮P， r = rH。 LxL维矩阵D就角矩阵，其元素是正 的，并且劍万鄉的导频符号的函数，如下戶尼合出
<formula>formula see original document page 9</formula>
对于给定组块的滤波器输出k}的肖缰于是可以被写成:
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中5^^^/^是^(言号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus noise Ratio )。
Mi^^^波器的系数c，錢种禾MRJ:维持SJ^等式中的包含SIR的第 二项比l小很多，于是可以提取干扰加噪声级^的估计为
<formula>formula see original document page 9</formula>
根据本发明，最佳的滤波器系数c根据下歹雌则被确定.-% =argmin7
用于以上最小化问题的解决方案被找到为c^ = VF'"min ，其中"咖是与矩阵 V^"rV^的最小特征值有关的特征向量，其中V^"是由矩阵D的元素的平方 根的il^M的对角矩阵。这里需要指出的是，在翅方案中，"咖是与矩阵V^rV^'的最小特征值 之一有关的特征向量。
根据i^3^方案，"min是与低于预定门限的最小特征值之一有关的特征向量。
使用实际信道相关矩阵r的近似值并了解矩阵D，于^t于给定的iit波器尺 寸L可以离线地确定最佳的滤波器c。
这里需要指出的是，该信道相关矩阵r从信道的功率Mifi分布图和多普勒频 谱的理论或实验模型被确定，并且在相位误差盼瞎况下也从该相位误差的理论或 实验统计分布来确定。
作为第一实例，在单载波频分多址(SC-FDMA (Single Carrier Frequency
Division Multiple Access))系统中，该系统专用于第三代合作伙伴项目(3GPP)"长期
演i3(LTE)中的上fi^ 各空中接口，其中长度L^3的有限脉冲响应媳波:^te用
于经由相邻Tit跡万^l寸的12个导频符号的输Ai且，信道相关矩阵r的以下近似
值r。从具有等于4.6875pS的保护间隔持续时间的矩形功率延迟分布图中来获得，
后者，系统特定的参数
1 0.9919 0.9678—
0.9919 I 0.9919 0.9678 0.9919 1
因此找到最佳的滤波器系数为
c=
。
这里需要指出的是，对在3GPP-LTE中的SOFDMA特定地，导频符号从 Zadoff^Chu序列被确定，i辦列元素的纟M值都等于归一值(unitary value),并且 因此矩阵D等于单位矩阵(identity matrix)。
在这样的情况下，用于最小化问题c^ =argmin#的解决方案被认为
% = "min ，其中"m,n是与信道相关矩阵r。的最小特征值有关的特征向量，并M
过^ = 1给出的干扰加噪声级的估计由于,Dc = 1而简化为艮=& 。
作为第二实例，在针对3GPP-LTE中的下fi^M空口接口特定的正交频分多 敏OroMA)系统中，其中长度L:7的有限脉冲响应滤波器鹏用于经由具有等
于6的规贝,隔的不同 ^^发射的10个导频符号的输Aia，信道相关矩阵r 的近似值r。从信道功率延迟分布图的实验+難和在区间[o,l3']中的相位聽的归 一分布被确定。由与r;的最小特征值有关的特征向量戶;^合定的最佳汰被认为是
c=
。
这里必需要注意的是，对在3GPP-LTE中的OFDMA系统特定地，导频符号 从其元素的乡^t值都等于归一值的Zadoff《hu序列中被确定，并且因此矩阵D等 于单位矩阵。
在这样的情况中，用于最小化问题c。p, = argmin ^的解决方案被认为
f = "mm，其中"，是与信道相关矩阵r。的最小特征值有关的特征向量，并M 过艮=}给出的干扰加噪声级的估计由于,仄=i而简化为氣=& 。
图2是根据本发明的接收机的框图。
接收机10具有基于由总线201连接到一起的组件结构，且具有由在图4中所 公开的，聘所控制的处理器200。
总线201将处理器200链接到只1^#储器ROM 202、随机存取存储器RAM 203和接口206。
存储器203包括用来接收M和与如在图4中所公开的算法有关的禾將指令 的寄存器。
鹏器200控綱乍和接口 206。
只读存储器202包括与在如图4中所公开的算法有关的禾M)^指令，其中当接 收丰 电至随#1存取存储器203时，所述算法被传输。
接口 206包括至少一^T扰级估计设备。该干扰级估计设备将参照图3被更 详细地描述。
接口 206被连接至瞎线网络，像例如电力线网或公共交换电话网(PSTN)。 在另一实1W莫式中，接口 206包括至少一U线并且是，接口。 图3是根据本发明的被包含在接收机的接口之中的干扰级估计设备的框图。 该干扰级估计设备30包括乘法器300 ，该乘法器将所接收的导频符号r0至rw
乘以导频符号So至S^的倒数，即为了形) 据向量#至#—"，将所接收的导频
符号r0至除以导频符号so至。
根据本发明，干J微估计设备30包^i^波器310，该滤波器的系数[c。，…,q-J
从 ,=被确定，其中"隨是与矩阵V^—YV^—1的最小特征值有关的特征因为不知道信道相关矩阵r ，所以选择信道相关矩阵的近似r。。采用理论的 或实验的功率^m分布图以及信道的多普勒频谱选^fi似r。，并且在接收机处的 相位體的情况下也考虑在相位體统计上可用的信息。
为了形繊出滤波器ym^"x(111)，針娜向量x(《[x("V . .,x(mUT由有限脉
冲响应滤波器310滤波，其中m的范围是从0到M=N-L+1 ，并且x^e给出了被 除的导频符号，该被除的导频符号和i^波器310的第f个系数相乘用以^f共i^波 器310的第m错出ym。
干扰级估计设备30也包括會gSi十嶽莫块320，赚据下面的公式计算滤波器 310的输出t^l::<formula>formula see original document page 12</formula> 。
干扰级估计设备30也包括乘法器330，期各所计算的育疆与等于|的定 标因子相乘以便获得干扰加噪声级Ev的估计A =
图4是根据本发明为了估计干扰级而由接收t/l^f执行的算法。 在步骤S400，导步财言号被接收。
在下一^骤S401,为了形J^W向量x(G)至x,)，将所接收的导频符号ro 至加除以导频符号so至sn-!，其中x(nMx(m)o,.. .,x(m)w]T以及m的范围是从0到 M-l。
在下一个步骤S402，为了提供有关的输出滤波器ym，每个数据向量
x(n^[x(m)0, .. ,x(m)u]T被滤波。
在卡二个步骤S403,滤波器输出的能量根据下面的公式被计算
& = ^r2>m| 。
在下一傾骤S403，戶;fi十算的育瞳与等于^"的定标因子相乘以便获得干
扰加噪声级Ev的估计S &
图5示出了当在单输入，出(SISO)上下文(即如针对3GPP LTE中的上行 f淑各空口特定地，^mt机处一^^和在接收机处一U线)中为带宽20MHz 的SOFDMA系统j顿上面所确定的滤波器时干扰加噪声估计方法的性能，。性能按照以分贝(dB)dB为单位的均方根體(謹SE)与以dB为单位的SIR 比被估算。画E越低，贝贴计的准确,高。
曲线500示出了当没有相位^M产生时的RMSE性能，而曲线501示出了当 相位體随着在区间
中的归一分布而产 生时的RMSE性能，后面的值13'是从实^W被获得的。信道纟题是在图7中 详细描述的ITU Vehicular A。
由图6，所建议的滤波lll皮示出用以实iW于高达30dB的SIR由小于2dB 的RMSE所反映的高估计准确性，在有或没有相位误差的情况下来实现。在曲线 601中，相位i^M被示出用以仅在大于30dB的非常高的SIR时陶氏RMSE性能。
这里重要的是注意，图6中所示出的性能几乎对于多个信道净難都保持相同。
同样值得指出的是，在多输入多输出(MMO)上下文中、即在鄉机处多倾 线以及在接收机处多U线，由于用于平均的导频的较高数量，而使RMSE显著 地下降以,理想的理论较低限度。
图7是由国际电信ra给定的信道丰難VehicularA。
该信道禾IM Vehicular A有6个路径，并且考虑30km/h的移动终端的位移速 度。最大多普勒频率等于55.56Hz。衰MJ力率对于第一路径等于0dB，对于第二路径等于-ldB，对于第3 各径等 于-9dB，对于第四路径等于-10dB，对于第5B径等于-15dB，以舰于第六路径 等于2.5dB。
传播EW于第一路径等于0w，对于第二路径等于0.31^8，对于第3各径 等于0.71ms，对于第四路径等于1.09^8，对于第5^各径等于1.73^s，以湖于第六 路径等于2.5一。
自然地，在不偏离本发明范围的情况下，可以对战的发明实施例进fiH午多 的修改。
权利要求
1. 用于在通信系统中对影响代表一组所接收的导频符号的接收信号的干扰加噪声的级别进行估计的方法，其特征在于，该方法包括步骤—将该组所接收的导频符号除以相应组导频符号，所述相应的导频符号是由发射机所发射的导频符号，—由滤波器对被除的该组所接收的导频符号进行滤波，所述滤波器的系数从与信道衰落相关矩阵的最低特征值之一有关的特征向量被确定，所述信道衰落相关矩阵代表影响该组导频符号的信道系数之间的自相关性，—为了估计影响所接收的信号的干扰加噪声的级别而把在滤波器的输出处所获得的符号的平方绝对值提高到平均水平。
2. 根据丰又利要求l的方法，其特征在于，戶，滤波器的系m/人与信it^落相 关矩阵的最低特征值有关的特征向量被获得。
3. 根据权利要彩的方法，其特征在于，所縣l^人与信it^落相关矩阵的 劇氐特征值有关的特征向量以及从其系数是该相应组导频符号的函数的对角矩阵 被获得，并且该方法进一步包 骤将结果的平均會疆除以从it波器系数和该 相应组导频符号所获得的纟^fi值。
4. 根据权利要求1到3的倒可一个的方法，其特征在于，经由不同的频率 波和/或时间间隔或经由不同的频率子载波群和/或不同的时间间隔群接收多组导 频符号。
5. 根据权利要彩的方法，其特征在于，所述滤波器^^含有限M系数的 有限脉冲响应搶波器。
6. 根据权利要求1到5的倒可一个的方法，期寺征在于，4诔影响该乡Mf接收 的导频符号的信道系数之间的自相关性的信it^落相，阵从信道功率E^分布 图和多普勒频谱的理论或实魁IM被确定。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于，< 影响该组所接收的导频符号的 信道系数之间的自相关性的信it^落相关矩阵也fflii考虑关于相位误差的统计分 布的可用信息而被确定。
8. 用于在通信系统中对影响4 —组所接收的导频符号的接收信号的干扰 加噪声的级别进行估计的设备，其特征在于，该设备包括一用于将该组所接收的导频符号除以相应组导频符号的装置，所述相应的导频符号是由^iJia^，的导频符号，一用于由滤波器对被除的该i朋; 接收的导频符号进疔滤波的装置，所述滤波 器的系数从与信織落相关矩阵的衝氐特征值之一有关的特征向量被确定，该信 ii^落相关矩阵4该影响该纟朋;f接收的导频符号的信道系数之间的自相关性，一用于为了估计影响所接收的信号的干扰加噪声的级别而把在滤波器的输出^ff获得的符号的平方乡M值提高到平均7j^平的装置。
9. 根据权利要求8的设备，其特征在于，所,i^人与信道^^落相关矩阵的最低特征值有关的特征向量被获得。
10. 根据权利要求8的设备，其特征在于，所M数从与信itt^落相关矩阵的 最低特征值有关的特征向量以i^人其系数是该相应组导频符号的函数的对角矩阵 被获得，并且该设备进一步包括用于将结果的平均肖罎除以从滤波器系数和该相应组导频符号所获得的ta:值的，。
11. 可以直接加载到可编程设备中的计嶽，聘，包括指令或代码部分，用于 当所述计^mf聘在可编程设备上l^l行时实现根据权利要求l到7所述的方法的 步骤。
全文摘要
本发明涉及一种用于在通信系统中对影响代表一组所接收的导频符号的接收信号的干扰加噪声的级别进行估计的方法，其特征在于，该方法包括步骤-将该组所接收的导频符号除以相应组导频符号，-由滤波器对被除的该组所接收的导频符号进行滤波，所述滤波器的系数是从与信道衰落相关矩阵的最低特征值之一有关的特征向量被确定的，该信道衰落相关矩阵代表影响该组导频符号的信道系数之间的相关性，-为了估计影响接收信号的干扰加噪声的级别而把在滤波器的输出端处所获得的符号的平方绝对值提高到平均水平。
文档编号H04B17/00GK101431377SQ20081017143
公开日2009年5月13日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月31日
发明者A·莫拉德 申请人:三菱电机株式会社