一种子载波信噪比估计方法及系统的制作方法

专利名称：一种子载波信噪比估计方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于数字通信领域，具体涉及一种用于OFDM系统中的子载波信噪比估计方法 及系统。
背景技术：
传统的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)系统对频 带内的所有子载波采用固定的调制方式。由于信道的频率选择性衰落导致各个子载波上的 信道响应不同，如果以处于深衰落的子载波上的信道响应为基准，各个子载波采用低阶调 制方式，将降低系统的传输效率；如果各个子载波均采用高阶调制方式，将降低系统的误 码特性。因此，各个子载波根据信道状况灵活选择调制方式是一种很好的选择，即采用自 适应调制技术。该技术能够兼顾OFDM系统的传输效率和误码特性，从而显著提高系统性 能。
自适应调制技术一般包括信道估计、自适应调制方式选择和信息交互三个步骤。为了 进行自适应调制方式选择，系统需要估计信道状况以及各个子载波上的信噪比，进而根据 各个子载波上的信噪比，选出满足误码率要求的最高阶调制方式作为各个子载波采用的调 制方式。因此，子载波信噪比估计的准确性直接影响系统的传输效率和误码特性，是自适 应调制技术的一个重要环节。传统的子载波信噪比估计方法采用单个帧进行信噪比估计， 在时变特性不显著的信道条件下(如同轴电缆有线信道)，该方法忽视了不同时刻发送帧 的联合估计信噪比的可能性，因此通常需要进行较为复杂的操作才能得到精确的估计结 果。

发明内容
本发明的目的是提出一种用于OFDM系统中的子载波信噪比估计方法及系统，具有较 高的估计精度和较低的实现复杂度。
本发明的子载波信噪比估计方法的技术方案如下 一种子载波信噪比估计方法，其步骤包括
a)接收机将接收到的时域序列乂(")进行FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅里叶 变换)或DFT (Discrete Fourier Transform,离散傅里叶变换)，得到接收的频域序列户(A)。b) 利用当前时刻存储的信道响应估计值Z/'(A:)，对频域序列F(A:)进行均衡，得到频域
序列s'(Q。这里的均衡为除法运算，可以利用/f'("对r(。进行复数均衡，也可以利用
i/'("的幅度对r 进行幅度均衡。
c) 将频域序列S'(Q进行信息符号解调，得到判决后的二进制序列S'O)。
d) 将二进制序列进行信息符号调制，得到判决的频域符号序列。
e) 将频域序列除以判决序列X'(Q ，得到去除调制信息后的频域序列//〗(A0 。
f) 根据去除调制信息后的频域序列/^(A:)，估计子载波上的噪声功率序列"(A:)。
g) 将不同时刻得到的噪声功率序列"("进行标量平均，得到平均后的噪声功率序列 p'("。这里的标量平均是指标量的加权平均，也可以是指数滤波、移动平均以及其他平 均方法。指数滤波的系数和移动平均的长度可以调节。
h) 根据噪声功率序列,(A:)，估计得到各个子载波上的信噪比序列C'("。
进一步，上述步骤b)中，当前时刻存储的信道响应估计值^("由如下步骤得到
1) 将不同时刻得到的频域序列/^0fc)、 //Q2(Q、 ...、 乂"进行标量平均，得到平均
后的频域序列《—、W。
2) 利用该频域序列乂A)，对上一时刻得到的信道响应估计值//'-1(^)进行信道更新。 该信道更新方法如下若第/时刻前均对"("进行复数均衡，则根据公式(l)可以得到当前 时刻的信道响应估计值i/'(";若第z'时刻前均对"(W进行幅度均衡，则根据公式(2)可以 得到当前时刻的信道响应估计值/T(yt)。
聘)(1) //'(A:)-^"///-1^))./^1^). (2) 其中，abs(.)表示取幅度运算。 进一步，上述步骤f)中，子载波上的噪声功率序列yO^)估计方法为如公式(3)所示，
计算信道响应幅度差的平方与常数1的差，即可得到各个子载波上的噪声功率序列^("。
細=(—咖))2-1. (3)
进一步，上述步骤h)中，各个子载波上的信噪比序列C^)估计方法为如公式(4) 所示，对噪声功率序列/ '(W进行对数运算，即可得到信噪比序列C'(A:)。<formula>formula see original document page 6</formula> (4)。
一种子载波信噪比估计系统，该系统包括
一傅里叶变换模块，用于将接收到的时域序列进行快速傅里叶变换或离散傅里叶 变换，得到接收的频域序列户(A:);
一均衡模块，用于利用当前时刻存储的信道响应估计值H'(A:)，对频域序列r(A:)进行 均衡，得到频域序列^(A);
一信息符号解调模块，用于将频域序列^("进行信息符号解调，得到判决后的二进 制序列^(m);
一信息符号调制模块，用于将二进制序列"(m)进行信息符号调制，得到判决的频域 符号序列义;&);
一去调制信息模块，用于将频域序列^(it)除以判决序列jr("，得到去除调制信息后
的频域序列/^(";
一噪声功率估计模块，根据去除调制信息后的频域序列/^(A:)，估计子载波上的噪声 功率序列^(";
一噪声功率平均模块，用于将不同时刻得到的噪声功率序列A(t)进行标量平均，得到
平均后的噪声功率序列/y(w;
和一信噪比估计模块，根据噪声功率序列p'(ifc)，估计得到各个子载波上的信噪比序 列C'(A;)。
进一步包括，与均衡模块连接的一信道平均模块和一信道更新模块，
信道平均模块，将不同时刻得到的频域序列/^(W、 /fD2(W、 ...、 //i—、"进行标量平
均，得到平均后的频域序列///—、"；
信道更新模块，利用该频域序列/^—、W，对上一时刻得到的信道响应估计值W'、&)进 行信道更新。
本发明的优点和技术效果在于
本发明提出在时变特性不显著的信道条件下，发送多个训练帧进行子载波信噪比估 计。其利用不同时刻估计得到的信道估计幅度差估计子载波上的噪声功率大小，进而得到 各个子载波上的信噪比值。本发明不仅能够同时得到信道响应估计值和子载波信噪比估计值，而且进一步提高子载波信噪比估计精度。 本发明具有如下特点
1、 利用信道估计幅度差，能够同时得到信道响应估计值和子载波信噪比估计值，无需 单独进行信道估计和子载波信噪比估计，节约硬件资源。
2、 联合使用了不同时刻的信道响应估计值和子载波噪声功率值，估计精度高。
3、 对不同时刻得到的噪声功率序列和去除调制信息后的频域序列进行标量平均，实现 复杂度低。
4、 平均模块中指数滤波的系数或者移动平均的长度可以根据实际需要进行调整。


图l本发明提出的子载波信噪比估计系统框图2第50号子载波信噪比估计结果随帧数变化曲线；
图3子载波信噪比估计结果；
图4 (a)信道估计的幅度曲线；
图4 (b)信道估计的相位曲线。
具体实施例方式
以下结合附图详细说明本发明所述的适用于时变特性不显著的信道条件下的子载波 信噪比估计方法，但不构成对本发明的限制。
图1给出了本发明提出的子载波信噪比估计系统框图，具体描述如下
傅里叶变换模块-接收机将接收到的时域序列乂(")进行FFT (Fast Fourier Transformation,快速傅里叶变换)或DFT (Discrete Fourier Transform,离散傅里叶变换)， 得到接收的频域序列r(A:)。
均衡模块-利用当前时刻存储的信道响应估计值w(w，对频域序列r(w进行均衡，
得到频域序列《(A:)。这里的均衡为除法运算，可以利用/7'(;t)对r0l)进行复数均衡，也 可以利用/Z'(A:)的幅度对r(A:)进行幅度均衡。其中，信道响应估计值/f'()t)由如下模块得 到
信道平均模块-将不同时刻得到的频域序列K(W、巧(W、...、巧—^)进行标量平均， 得到平均后的频域序列仄—乂A:);信道更新模块—利用该频域序列/fr"(A:)，对上一时刻得到的信道响应估计值i/'—i(w进 行如下信道更新若第/时刻前均对r("进行复数均衡，则根据公式(l)可以得到当前时刻 的信道响应估计值/^(";若第/时刻前均对r(A:)进行幅度均衡，则根据公式(2)可以得到
当前时刻的信道响应估计值i/'o)。 信息符号解调模块--将频域序列&("进行信息符号解调，得到判决后的二进制序列。
信息符号调制模块--将二进制序列5'(m)进行信息符号调制，得到判决的频域符号序 去调制信息模块--将频域序列S'(A:)除以判决序列X'(A:)，得到去除调制信息后的频域
噪声功率估计模块—根据去除调制信息后的频域序列/Zi(A)，按照公式(3),估计子载 波上的噪声功率序列^("。
噪声功率平均模块—将不同时刻得到的噪声功率序列A("进行标量平均，得到平均
后的噪声功率序列,(A;)。这里的标量平均是指标量的加权平均，也可以是指数滤波、移
动平均以及其他平均方法。指数滤波的系数和移动平均的长度可以调节。
信噪比估计模块--根据噪声功率序列^(A)，按照公式(4)，估计得到各个子载波上的
信噪比序列C'(A)。
下面列举个具体的实施例来说明本发明提出的子载波信噪比估计方法。设OFDM系统 的总子载波数目为256,有效子载波数目为210。系统采用QPSK调制方式，间隔发送训 练帧。接收机将接收到的第f号帧的时域序列进行256点的FFT，得到频域序列户("。 然后，利用/Z'W的幅度对r("进行幅度均衡，得到频域序列^(A:)。其中，信道响应估 计值/T("由如下步骤得到
首先，将不同时刻得到的频域序列川("、巧w..... //r(&)进行如下指数滤波平
均，得到平均后的频域序列/Z,"(W:
//厂1 (" = (1 -々)//广2+々//r (A:)， A: = 1,2，…,210. 其中，"为指数滤波系数，取值为0.3。
然后，利用该频域序列Z/r(A:)，按照公式(2)，对上一时刻得到的信道响应估计值i/'一乂A:)进行信道更新，得到当前时刻的信道响应估计值//'("。
对频域序列S'("依次进行QPSK解调、QPSK调制，得到判决的频域符号序列Jr("。
将频域序列s'(A:)除以判决序列^r(A:)，得到去除调制信息后的频域序列按照公式
(3)，可以得到各个有效子载波上的噪声功率序列^(A:)。将不同时刻发送的训练帧的噪声 功率序列^("进行如下指数滤波平均，得到平均后的噪声功率序列:
,⑨=(1 -义)/ "+ & = 1,2,…，210.
其中，义为指数滤波系数，取值为0.3。
根据噪声功率序列,("，按照公式(4)，可以得到各个子载波上的信噪比序列C'(A:)。
图2所示为在高斯信道下，信噪比为31dB，第50号子载波信噪比估计结果随帧数变 化曲线。可以看到，在系统发送150帧后，第50号子载波信噪比估计值逐渐收敛为31dB 左右。图3所示为系统发送150帧后，按照本发明给出的子载波信噪比估计方法得到的210 个有效子载波上的信噪比估计值。图4给出了采用本发明给出的子载波信噪比估计方法同 时得到的信道估计的幅度和相位曲线。考虑到系统中发端和收端低通滤波器的影响，信道 估计的幅度和相位曲线与高斯信道的理论曲线近似一致。
尽管为说明目的公开了本发明的具体实施方法和附图，其目的在于帮助理解本发明的 内容并据以实施，但是本领域的技术人员可以理解在不脱离本发明及所附的权利要求的 精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书和附图所 公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
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权利要求
1、一种子载波信噪比估计方法，其步骤包括a)接收机将接收到的时域序列yi(n)进行快速傅里叶变换或离散傅里叶变换，得到接收的频域序列Yi(k)；b)利用当前时刻存储的信道响应估计值Hi(k)，对频域序列Yi(k)进行均衡，得到频域序列Si(k)；c)将频域序列Si(k)进行信息符号解调，得到判决后的二进制序列Bi(m)；d)将二进制序列Bi(m)进行信息符号调制，得到判决的频域符号序列Xi(k)；e)将频域序列Si(k)除以判决序列Xi(k)，得到去除调制信息后的频域序列H0i(k)；f)根据去除调制信息后的频域序列H0i(k)，估计子载波上的噪声功率序列ρ0i(k)；g)将不同时刻得到的噪声功率序列ρ0i(k)进行标量平均，得到平均后的噪声功率序列ρi(k)；h)根据噪声功率序列ρi(k)，估计得到各个子载波上的信噪比序列Ci(k)。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)中，利用/f'("对r("进行复数均衡，或利用//'(a)的幅度对r(a)进行幅度均衡。
3、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，上述步骤b)中，当前时刻存储 的信道响应估计值Z/'("由如下步骤得到1) 将不同时刻得到的频域序列/^(A:)、 //Q2("、…、//广("进行标量平均，得到 平均后的频域序列/^-乂W;2) 利用该频域序列/^(A:)，对上一时刻得到的信道响应估计值//'—乂A:)进行信道更新。
4、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，上述步骤f)中，计算信道响应幅度 差的平方与常数l的差，得到各个子载波上的噪声功率序列^(A)。
5、 如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤g)中，所述标量平均是指 标量的加权平均，或指数滤波、移动平均。
6、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，上述步骤h)中，对噪声功率序列p'(A)进行对数运算，得到信噪比序列C'(A)。
7、 一种子载波信噪比估计系统，该系统包括一傅里叶变换模块，用于将接收到的时域序列乂(")进行快速傅里叶变换或离散傅里叶变换，得到接收的频域序列r(";一均衡模块，用于利用当前时刻存储的信道响应估计值i/'("，对频域序列r(A:)进行均衡，得到频域序列S'(";一信息符号解调模块，用于将频域序列S'(Q进行信息符号解调，得到判决后的二进 制序列"0);一信息符号调制模块，用于将二进制序列^(附)进行信息符号调制，得到判决的频域 符号序列r(";一去调制信息模块，用于将频域序列S'Ofc)除以判决序列JT(W，得到去除调制信息后 的频域序列/^(A:);一噪声功率估计模块，根据去除调制信息后的频域序列W〗(A)，估计子载波上的噪声 功率序列^(A:);一噪声功率平均模块，用于将不同时刻得到的噪声功率序列"("进行标量平均，得到平均后的噪声功率序列和一信噪比估计模块，根据噪声功率序列一("，估计得到各个子载波上的信噪比序 列C^)。
8、如权利要求7所述系统，其特征在于，进一步包括，与均衡模块连接的一信道平 均模块和一信道更新模块，信道平均模块，将不同时刻得到的频域序列川(A:)、巧W..... /^("进行标量平均，得到平均后的频域序列///—信道更新模块，利用该频域序列/C、A)，对上一时刻得到的信道响应估计值H"(A)进 行信道更新。
全文摘要
本发明公开了一种子载波信噪比估计方法及系统，属于数字通信技术领域。该方法包括接收机将接收到的时域序列yⁱ(n)进行FFT或DFT，得到频域序列Yⁱ(k)；利用当前时刻存储的信道响应估计值Hⁱ(k)，对频域序列Yⁱ(k)进行均衡，得到频域序列Sⁱ(k)；并进行信息符号解调，得到判决后的二进制序列Bⁱ(m)；随后进行信息符号调制，得到判决的频域符号序列Xⁱ(k)；将频域序列Sⁱ(k)除以判决序列Xⁱ(k)，得到去除调制信息后的频域序列H₀ⁱ(k)；估计子载波上的噪声功率序列ρ₀ⁱ(k)；将不同时刻得到的噪声功率序列ρ₀ⁱ(k)进行标量平均，得到平均后的噪声功率序列ρⁱ(k)；并最终估计得到各个子载波上的信噪比序列Cⁱ(k)。本发明不仅能够同时得到信道响应估计值和子载波信噪比估计值，而且进一步提高了子载波信噪比估计精度。
文档编号H04L27/26GK101616120SQ20091008965
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者吴毅凌, 李红滨, 赵玉萍, 瑜 韩 申请人:北京大学;北京三梯通网络技术有限公司