噪声估计方法及装置的制作方法

专利名称：噪声估计方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于判决反馈的LDPC译码器噪声估 计方法及装置。
背景技术：
随着通信技术的飞速发展，LDPC (低密度奇偶校验)码逐渐开始出现在 各种通信系统的应用中。LDPC相对于Turbo码具有优异的译码性能和高译码 吞吐量，使其成为IEEE802. 16e标准的几种信道编码之一。IEEE802. 16e标准 的LDPC码是通过基于基本矩阵循环移位得到的，是一种结构性的LDPC码， 这种准循环的特性使得针对LDPC码的编码器和译码器的设计都相对简单，可 以有更高的并行度和译码吞吐量。
LDPC码的译码主要方法是积译码算法。和积译码算法相对复杂(如，有 复杂的函数运算和矩阵运算，需要迭代)并且需要信道噪声的信息(噪声功 率)。和积译码算法在不能得到信道噪声的准确估计时，就会使译码的性能受 到影响，从而限制了和积译码算法的应用。和积译码算法在采用固定的噪声 功率进行计算时(例如，根据导频、训练序列以及空载波等接收信号中的已 知信息对噪声功率进行计算)，其误码性能会受到影响。因为，导频、训练序 列及空载波，对于通信系统来说都不是有效地数据部分，会导致通信系统中 有效数据传输的速率降低。因此通信系统都会尽可能的减少导频、训练序列 还是空载波的个数，面此能够提供给和积译码算法做噪声功率估计的样本就 会减少，从而造成噪声功率估计的不准确，影响和积译码性能。

发明内容
本发明的目的之一是提供一种能准确估计信道噪声功率，提高译码器译 码性能的噪声估计方法及装置。
本发明提供一种噪声估计方法，包括-
计算接收信号的二阶矩E(/)并存储计算结果，同时对信号进行解调及译 码，译码后输出判决结果；
对判决结果进行调制，并计算发送信号的二阶矩E(^); 通过公式
<formula>formula see original document page 6</formula>
W台 W台 计算信道噪声功率；其中，EO0a^5>,，
E(f)s丄g《，所述E(^为恢复得到的发送端调制信号的平均值，所述A为恢复
的每个调制符号的值；所述N〉0;
将计算得到的信道噪声功率^用作下一个时隙译码时使用的噪声功率。 本发明还提供一种噪声估计装置，包括
计算模块，计算接收信号的二阶矩E(/)并存储计算结果、计算发送信号
的二阶矩EU2 )及通过公式 <formula>formula see original document page 6</formula>
a;^^'+^i《计算信道噪声功率，并将计算得到的信道噪声功率
^用作下一个时隙译码时使用的噪声功率；其中，<formula>formula see original document page 6</formula>所述E^)为恢复得到的发送端调制信号的平均值，所述*为恢复的每个调制符 号的值；所述N〉0;
信号处理模块，在所述计算模块接收信号的二阶矩E(/)并存储计算结果时，对信号进行解调及译码，并对译码输出的判决结果进行调制，将调制后
的信号发送给所述计算模块。
本发明不需要迸行迭代和复杂的运算，可以准确的对信道的噪声功率做
出估计，大大提高了译码器的译码性能。


图1是本发明实施例噪声估计方法的流程示意图2是本发明实施例噪声估计方法在接收机中应用的流程示意图3是本发明实施例噪声估计装置的结构框图4是图2实施例噪声估计装置中信号处理模块的结构框图5是本发明噪声估计装置在接收机中应用的结构框本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式
如图1所示，本发明实施例提供一种噪声估计方法，包括
步骤S1、计算接收信号的二阶矩E(/)并存储计算结果，同时对信号迸行
解调及译码，译码后输出判决结果。其中，译码方式包括和积译码。判决结 果包括对传输的信息位和校验位的估计值。计算得到的二阶矩E(/)可表示为
E(>2) = E((; +沐)2) = E(S2 + w2 + 2ih^) =E(jf2) + E(>2)+2E(iw) °
步骤S2、对判决结果进行调制，并计算发送信号的二阶矩E()C2)。
步骤S3、由于发送信号S和信道噪声w不相关，故有 E(/ )=附2) + E(w2) + 2 E(jbv)
=E(J 2) + E(w2)
即可通过公式<r2=E(y) = E(/)-E(j^)
W台 W台 计算信道噪声功率；其中，EO;) ^2>,,
E②a丄J^， EW为恢复得到的发送端调制信号的平均值，x'为恢复的每个调
N卜o
制符号的值；N>0。此计算信道噪声功率无需存储所有的接收信号，而只需要
将接收信号的二阶矩E(,)存储下来即可，并且计算该二阶矩E(^2)的过程可以 与对当前数据的解调和译码同时进行，故可以采用串行计算的方法。这样的 计算方法有效提高了信道噪声功率的计算速度。
步骤S4、将计算得到的信道噪声功率一用作下一个时隙译码时使用的噪 声功率。这样做的依据是假设信道的噪声功率的变化较慢，在连续的多个时 隙中保持不变。
步骤SI之前还包括
步骤SOO、接收发送端发送的信号，并恢复发送端的调制信号。 基于LDPC和积译码的自校验性可以方便的恢复发送端的调制信号。LDPC 的和积译码算法相对于巻积码和Turbo码的译码算法有一个特点，就是和积 算法不仅计算每个信息bit，同时也能够得到每个校验bit的判决值，并且校 验信息的计算不需要任何额外的计算过程。这个特性为恢复发送端调制后的 信息提供了方便。对于巻积码或者Turbo码，为了恢复发端的调制信号需要 对译码后的信息再做一次编码。而LDPC的和积译码则无需在做编码而直接可 以对译码输出进行调制即可。 一般来说，LDPC编码过程是比较复杂的，避免 在接收端再次做LDPC编码使得系统得到了很大的简化。
步骤S01、计算恢复得到的发送端调制信号的统计平均值EG 由大数定理可知(当统计数量足够大时， 一个随机变量的数学期望可以用其统计平均值来代替)，得到平均值E^)如下式所示
1 W-l N ,=0
其中，E②表示恢复得到的发端调制信号的平均值。^为恢复的每个调制 符号的值。
另外，信道的噪声功率也可通过以下方式计算得到 假设信号经过AWGN信道，则接收信号可以表示为乂-^+w' 若已知发送信号的估计值《，则有
噪声功率0"2可以表示为
(T2 = E( w2) = E((y—x)2) 1 w-i
其中，根据大数定理用统计平均值代替了数学期望。这样就可以得到噪 声功率的估计值。此计算噪声功率的估计值需要存储所有的接收信号直到发
送信号的二阶矩E( ^ )被计算出。
如图2所示，本发明实施例提供了噪声估计方法在接收机中应用，包括 步骤B1、接收输入信号。
步骤B2、计算本次接收信号的二阶矩E^)，并存储计算结果。
步骤B3、用步骤B7计算得到的噪声功率(该噪声功率是针对上一次接收
信号的)更新当前的信道噪声功率。
步骤B4、使用更新后的噪声功率对接收信号进行解调。
步骤B5、对解调的输出进行和积译码，并输出判决结果，该结果包括对传
输的信息位和校验位的估计值。决比特进行与发送端相同的调制，得到对发送 数据的估计值；(为恢复的每个调制符号的值)，并求其二阶矩EU2)。
步骤B7、使用步骤B2存储的本次接收数据的二阶矩和步骤B6计算得到 的估计发送数据的二阶矩相减得到对噪声功率的最新的估计值，并存储该噪 声功率的估计值，在下一次接收到数据时对噪声功率进行更新。
如图3所示，本发明实施例提供了一种噪声估计装置，包括恢复模块
101、计算模块102及信号处理模块103。
恢复模块101，接收发送端发送的信号，并恢复发送端的调制信号。 计算模块102，计算接收信号的二阶矩E(/)并存储计算结果、恢复得到
的发送端调制信号的统计平均值^》、计算发送信号的二阶矩E( )c2 )及通过公
式
<t2 = E(w2) = E(/)-E(f )
a;^"+^^^' 计算信道噪声功率，并将计算得到的信道噪声功率
， 1 W—l 1 W—1
"用作下一个时隙译码时使用的噪声功率；其中，EO0 ^J>, ， E②a&Z《，
E^)为恢复得到的发送端调制信号的平均值，*为恢复的每个调制符号的值； 跳
信号处理模块103，在计算模块102接收信号的二阶矩E(/)并存储计算 结果时，对信号进行解调及译码，并对译码输出的判决结果进行调制，将调 制后的信号发送给计算模块102。
如图4所示，信号处理模块103包括解调模块1031、译码模块1032及调 制模块1033。解调模块1031，在计算模块102接收信号的二阶矩E(/)并存储计算结果 时，对信号进行解调；这里的解调模块采用软解调算法，输出对于每个码字 bit的对数似然比信息。对于BPSK调制，设解调器输入为y，则其输出由式
"7=";>"2得到，在第一次接收到数据时，由于没有关于信道噪声的任何信息，
这时取<72=1/2进行计算。
译码模块1032，对解调模块1031解调后的信号进行译码，并输出判决结 果。判决结果包括对传输的信息位和校验位的估计值。其中，译码模块可包 括和积译码器。和积译码器接收来自解调模块1031的解调信号，解调信号作 为和积译码的初始消息，和积译码在进行若干次迭代后得到关于各个码字bit 的后验概率的估计值，有这个后验概率做判决得到码字各个bit的值。然后， 码字bit中的信息为作为译码输出(例如，可输出至调制模块1033)。
调制模块1033，对译码模块1032输出的判决结果进行调制，并将调制后 的信号发送给计算模块102。而整个码字bit，包括信息位和校验位都被送到 一个与发送端采用相同调制方式的调制模块进行调制。
调制后将调制信号送给计算模块与之前存储的数据一起对当前时隙的噪 声功率进行计算，计算所得的噪声功率作为下一时隙的数据进行解调时的噪 声功率值。
如图5所示，本发明实施例提供一种噪声估计装置在接收机中应用的结 构，包括FFT模块100、计算模块102、解调模块1031、和积翼码模块103、 调制模块1033及计算模块102。
信号在接收机被接收之后首先需要做FFT模块100将其转换到频域，然 后FFT之后的数据一方面被送到计算模块102中计算接收信号的二阶矩，并 将计算结果存储下来。另一方面频域数据也被送给解调模块1031被行解调。这里的解调模块 K)31采用软解调算法，输出对于每个码字bit的对数似然比信息。对于BPSK
调制，设解调器输入为y，则其输出由式">=2力/""2得到，在第一次接收到数 据时，由于没有关于信道噪声的任何信息，这时取^-1/2进行计算。
解调信号作为和积译码器1032的初始消息送给和积译码器1032。和积译 码器1032在进行若干次迭代后得到关于各个码字bit的后验概率的估计值， 有这个后验概率做判决得到码字各个bit的值。然后码字bit中的信息为作 为译码输出至信息接收端，而整个码字bit，包括信息位和校验位都被送到一 个与发端采用相同调制方式的调制模块1033进行调制，调制输出送给计算模 块102与之前存储的数据一起对当前时隙的噪声功率进行计算，计算所得的 噪声功率作为下一时隙的数据进行解调时的噪声功率值。
本发明实施例引入了判决反馈的思想，使得接收端能够不依赖导频子载 波和空载波的情况下对信道噪声做出估计，并且增大了计算统计平均时的统 计量；利用LDPC码和积译码算法可以直接得到整个码字bit的特性，在判决 反馈的过程中省去了译码模块。另外，本发明实施例计算简单，没有复杂的 函数运算和矩阵运算，不需要迭代，只需一些乘法器和累加器以及如干存储 资源，甚至计算统计平均值是需要用到的除法在很多情况下也可以采用算术 右移来实现；在噪声功率在多个时隙中保持不变的情况下，使用该方法进行 噪声功率估计的U)PC和积译码算法具有和已知信道噪声下的和积译码算法基 本相同的性能；对信道噪声的估计无霈借助训练序列或者导频与空载波，因 此本发明具有很强的适应性；在计算统计平均值的时候，都是用了整个时隙 的所有数据，能够更好的满足大数定理的条件。 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护 范围之内。
权利要求
1、一种噪声估计方法，其特征在于，包括计算接收信号的二阶矩E(y2)并存储计算结果，同时对信号进行解调及译码，译码后输出判决结果；对判决结果进行调制，并计算发送信号的二阶矩E( id="icf0001" file="A2009100397780002C1.tif" wi="4" he="5" top= "62" left = "140" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>)；通过公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msup> <mi>&sigma;</mi> <mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mi>E</mi><mrow> <mo>(</mo> <msup><mi>w</mi><mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>E</mi><mrow> <mo>(</mo> <msup><mi>y</mi><mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>E</mi><mrow> <mo>(</mo> <msup><mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo></mover><mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>&ap;</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi></mfrac><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><msubsup> <mi>y</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi></mfrac><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><msubsup> <mover><mi>x</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi> <mn>2</mn></msubsup> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009100397780002C3.tif" wi="34" he="10" top= "92" left = "34" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>计算信道噪声功率；其中，<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>E</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>&ap;</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi></mfrac><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2009100397780002C4.tif" wi="29" he="10" top= "97" left = "155" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>E</mi><mrow> <mo>(</mo> <mover><mi>x</mi><mo>^</mo> </mover> <mo>)</mo></mrow><mo>&ap;</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>N</mi></mfrac><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mrow><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><msub> <mover><mi>x</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>i</mi></msub><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2009100397780002C5.tif" wi="26" he="10" top= "113" left = "21" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>所述 id="icf0006" file="A2009100397780002C6.tif" wi="7" he="4" top= "114" left = "60" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>为恢复得到的发送端调制信号的平均值，所述 id="icf0007" file="A2009100397780002C7.tif" wi="2" he="4" top= "113" left = "168" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>为恢复的每个调制符号的值；所述N＞0；将计算得到的信道噪声功率σ2用作下一个时隙译码时使用的噪声功率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算接收信号的二阶 矩E(/)并存储计算结果，同时对信号进行解调及译码，译码后输出判决结果 之前还包括接收发送端发送的信号，并恢复发送端的调制信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算接收信号的二阶 矩E(/)并存储计算结果，同时对信号迸行解调及译码，译码后输出判决结果 之前还包括计算恢复得到的发送端调制信号的统计平均值E②。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于所述判决结果包括对传输的信息位和校验位的估计值。
5. 根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于 所述译码方式包括和积译码。
6. —种噪声估计装置，其特征在于，包括计算模块，计算接收信号的二阶矩E(/)并存储计算结果、计算发送信号的二阶矩E()c2 )及通过公式 cr2=E(w2) = EO;2)-E(;2)a^^X 计算信道噪声功率，并将计算得到的信道噪声功率^用作下一个时隙译码时使用的噪声功率；其中，EO0 +|^ , E(i)^g^，所述E(》为恢复得到的发送端调制信号的平均值，所述《为恢复的每个调制符 号的值；所述N〉0;信号处理模块，在所述计算模块接收信号的二阶矩E( )并存储计算结果 时，对信号进行解调及译码，并对译码输出的判决结果进行调制，将调制后 的信号发送给所述计算模块。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括 恢复模块，接收发送端发送的信号，并恢复发送端的调制信号。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述计算模块还计算恢复得到的发送端调制信号的统计平均值E^)。
9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块包括解调模块，在所述计算模块接收信号的二阶矩E(^)并存储计算结果时， 对信号进行解调；译码模块，对所述解调模块解调后的信号进行译码，并输出判决结果； 调制模块，对所述判决结果进行调制，并将调制后的信号发送给所述计算模块。
10.根据权利要求5至9任一项所述的装置，其特征在于所述译码模块采取包括和积译码的方式对所述解调模块解调后的信号进 行译码。
全文摘要
本发明公开了一种噪声估计方法，包括计算接收信号的二阶矩E(y²)并存储计算结果，同时对信号进行解调及译码；对译码输出的判决结果进行调制，并计算发送信号的二阶矩E(x²)；计算信道噪声功率；将计算得到的信道噪声功率σ²用作下一个时隙译码时使用的噪声功率。本发明还提供一种噪声估计装置，包括计算模块，计算接收信号的二阶矩E(y²)并存储计算结果、计算发送信号的二阶矩E(x²)及计算信道噪声功率，并将计算得到的信道噪声功率σ²用作下一个时隙译码时使用的噪声功率；信号处理模块，在所述计算模块接收信号的二阶矩E(y²)并存储计算结果时，对信号进行解调及译码，并对译码输出的判决结果进行调制，将调制后的信号发送给所述计算模块。本发明能准确估计信道噪声功率，提高译码器的译码性能。
文档编号H04L1/00GK101626281SQ200910039778
公开日2010年1月13日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者伟 袁, 郭旭东, 雷绪恳, 卓 马 申请人:新邮通信设备有限公司