专利名称：一种信噪比估计方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，特别涉及一种信噪比估计方法。
背景技术：
正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的概念于20世纪50 60年代提出，1970年OFDM的专利被发表，其基本思想通过采用允许子信道频谱重叠，但相互间又不影响的频分复用(FDM, Frequency Division Multiplexing)方法来并行传送数据。单载波频域均衡(SC-FDE, Single Carrier Frequency DomainEqualization)是在单载波通信的基础上，结合了 OFDM的思想，将接收机的信号处理过程转移到频域，从而显著降低高速无线通信系统中，接收机信号处理的复杂度。现有的技术方案中通常采用基带通信信号的信噪比估计方法。该方法首先对匹配 滤波后输出的信号按符号率进行抽样，提取抽样后基带通信信号的同相分量(信号实部)和正交分量(信号虚部)；其次，根据统计学中相关理论分别计算基带通信信号同相分量和正交分量的二、四阶统计量；第三，根据同相分量和正交分量各自的二、四阶统计量计算相应的信号功率因子和噪声功率因子，并推导出各自的信噪比；最后由同向分量和正交分量的信噪比推导出整个基带通信信号的平均信噪比。本发明没有直接利用基带通信信号来估计其信噪比，而是通过其同相分量和正交分量间接地估计基带通信信号的信噪比，避免了复数运算，能达到降低运算复杂度的目的。但是该方法所采用的数学模型复杂，难以在普通的通信系统中实现，而且该方法基于信号的统计信息进行估计，需要经过一定时间的样本累积后才能得到较为可靠的结果，因此在实时通信系统中无法采用。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种信噪比估计方法，利用符号的无符号间循环扩展部分，和符号的符号主体，通过无符号间循环扩展部分和符号主体进行运算来估计信号能量和噪声能量，从而估计出信号的信噪比。为实现上述目的，本发明的技术方案包括—种信噪比估计方法，包括步骤A、获取当前待处理符号的无符号间干扰循环扩展部分；步骤B、依据所述循环扩展部分计算信号能量及噪声能量；步骤C、获取所述信号能量和噪声能量的比值；步骤D、确定所述下一待处理符号为当前待处理符号，返回执行获取所述当前待处理符号的无符号间干扰部分的步骤；步骤E、当全部符号被处理完时，根据得到的全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值，确定信噪比。优选的，所述步骤A之后，步骤D之前还包括当存在未读取待处理符号时，读取下一待处理符号。优选的,所述步骤B包括BI、将无符号间干扰循环扩展部分与符号主体作相关运算得到信号能量；B2、将无符号间干扰循环扩展部分与符号主体作相减运算得到噪声能量。优选的，所述步骤E具体包括E1、确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值的平均值作为信噪比。优选的，所述步骤E还包括
E2、确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值中的最小值作为信噪比。优选的，所述步骤E还包括E3、确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值中的最大值作为信噪比。由上述方案可以看出，本发明实施例公开的信噪比估计方法计算简单，只需要通过一些基本的数学运算即可获得信噪比的估计值，实现信噪比估计过程的复杂度低。进一步的，本发明实施例公开的信噪比估计方法能够在接收完一个完整的符号后就开始进行计算，并同时接收下一个符号，从而使得整个估计过程的速度快，计算的步骤少，能够快速的获得信噪比的估计结果。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。图I为本发明实施例公开的通用的符号结构；图2为本发明实施例公开的经过多径信道后干扰的符号结构；图3为本发明实施例公开的单个符号的信噪比计算的流程图；图4为本发明实施例公开的实施例的实现流程图；图5为本发明实施例公开的优选实施例的实现流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本实施方式提供了一种信噪比估计方法，在OFDM和SC-FDE通信体制中，通用的符号结构是将符号末尾的一段循环的扩展到符号的头部，如图I所示，包括循环扩展11、符号主体12和符号内循环扩展对应部分13，通过符号内循环扩展对应部分13的循环扩展，从而来克服由于信道中多径造成的符号间干扰。
将符号中的信号样点记为s (η) ,η为符号内样点的序号,η = O N+Ncp,则循环扩展可以表示为s(n) = s (n+N)，其中N为符号有效部分的长度，符号循环扩展的长度一般用Ncp来表示，s (η)，η = O Ncp部分即用来表示符号内循环扩展对应部分13。经过多径信道后，由于信道的多径时延扩展作用，符号的循环扩展部分会被上一符号所干扰，如图2所示，包括符号主体21、符号间干扰部分22、无符号间干扰部分23和符号主体24。由于在系统参数设计时为了保证符号的循环扩展部分能够充分的消除各种信道环境的多径时延扩展，因此设计的循环前缀会留有较大的余量。这样就有部分循环前缀信号段未受符号间干扰。将接收机所接收的无符号间干扰的循环前缀信号样点为Hn)，η = λ Ncp。其中λ为信道的最大时延扩展。r(n)与发射端所发射的s(n)之间的关系可以表示为r{n) = h{n) 0 s{n) + η (η)(公式 ι)其中，h(n)为冲击响应，η (n)为高斯噪声。基于上述理论基础，本发明公开了一种信噪比估计方法，其中，对信号中的单个符号的信号能量和噪声能量的比值进行估计的方法如图3所示，包括S31、获取所述当前待处理符号的无符号间干扰循环扩展部分；基于常用的信道估计算法，如最小方差LS，线性最小均方误差LMMSE等，可以估计出信道参数h(n)，获取信道的多径时延扩展信息λ'。由此可以从接收到的信号中截取出无符号间干扰的循环扩展部分，标记为r(n)，n = λ ' Ncp。S32、依据所述循环扩展部分计算信号能量及噪声能量；将无符号间干扰循环扩展部分与符号内循环扩展对应部分相减，即可去除信号部分，结果可以表示为η ' (n) = r (n) ~r (n+N) = η (n) - η (n+N) (公式 2)其中r(n+N), n = λ '-Ncp为符号主体部分。由于高斯噪声具有独立不相关性，因此对上面的n' (n)进行自相关计算，可以得到
NcNcNcNcYj I" \nf = Yj |"( )|2 + Yj\η{η + #)|2 =(公式 3)
η=λη=λη=λη=λ上面的被为高斯噪声的方差，也就是噪声的能量。将无符号间干扰循环扩展部分与符号内循环扩展对应部分进行相关运算，结果表示为
KpNcp* Ncpyy(n)/(n+N) = s(n)+η(η)] \s(n+N)+η{η+N)]=艺卜(《)|2 (公式 4)
η=λη=λη=λ上式中，|s(n) I2为信号能量。S33、计算信号能量和噪声能量的比值；将步骤S32所估计的噪声能量与信号能量根据下式进行计算，即可计算出此符号信号能量和噪声能量的比值，结果表示为Ncp
2^r(n)r* (η + N)SNR = 10*lg( η=λ -)(公式 5)
ΣΙ"'( )|2
η=λ通过上述步骤，即可实现对一个符号的信噪比的计算。该过程步骤简单，依据了较为基本的数学运算，因此容易实现。本发明公开的一种信噪比估计方法的流程如图4所示，包括
S41、读取并存储当前信号所包含的所有符号；每个信号包括至少一个符号，依据所有符号的信噪比确定信号的信噪比。S42、从所述存储的符号中确定当前待处理符号，并获取所述当前待处理符号的无符号间干扰的循环扩展部分；本实施例中，采用按照符号的顺序，选择第一个符号作为当前待处理信号的方式。基于常用的信道估计算法，估计出信道参数，获取信道的多径时延扩展信息λ'，进而从接收到的信号中截取无符号间干扰的循环扩展部分，标记为r (η)，η = λ ' Ncp。S43、依据所述循环扩展部分获取所述当前待处理信号的噪声能量和信号能量；根据(公式2)，将无符号间干扰循环扩展部分与符号内循环扩展对应部分相减，即可去除信号部分，得到(η)。根据所得到的η ' (η),利用(公式3)，就可得到噪声能量被;利用(公式4)，将无符号间干扰循环扩展部分与符号内循环扩展对应部分进行相关运算，即可得到信号能量I S (η) I2。S44、获取信号能量和噪声能量的比值；将步骤S43所估计的噪声能量与信号能量根据(公式5)进行计算，即可计算出此符号信号能量和噪声能量的比值SNR，并将该结果进行存储。S45、判断所述存储的符号中是否还有未处理的符号，如果是，则执行步骤S46，如果否，则执行步骤S47。S46、确定下一个待处理符号为当前待处理符号，然后返回执行步骤S42 ；S47、根据得到的全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值，确定信噪比。当利用上述步骤将信号所包含的全部符号处理完成，得到全部符号对应的信号比时，依据这些信噪比，确定该信号的信噪比。本实施例中的步骤S47中根据得到的全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值，确定信噪比的方法包括确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值的平均值，或者，确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值中的最大值，或者，确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值中的最小值等等，本实施例并不仅仅局限于这三种方式，还可以为根据实际应用场景设定的其它方式。本实施例根据符号的无符号间干扰循环扩展部分和符号主体，估计信号能量和噪声能量，简化了估计的计算步骤，进一步简化了信噪比的估计的时间，提高信噪比的估计速度。本发明实施例公开的另一个优选实施例，如图5所示，包括
S51、读取当前信号所包含的第一个符号，确定被读取的符号为当前待处理符号。S52、获取所述当前待处理符号的无符号间干扰的循环扩展部分，并当存在未读取待处理符号时，读取下一待处理符号；当读取一个符号后，直接确定该符号为当前待处理符号，并处理该符号。同时，确定是否有未读取待处理符号，如果有，则读取下一待处理符号。S53、依据所述循环扩展部分获取噪声能量和信号能量；根据(公式3)估计噪声能量，根据(公式4)估计信号能量。S54、计算信号能量与噪声能量的比值；
根据(公式5)估计信号能量和噪声能量的比值。S55、判断是否有未处理的符号，如果是，进入步骤S56，如果否，进入步骤S57。S56、将下一个待处理符号确定为当前待处理符号，并返回执行步骤S52。S57、根据得到的全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值，确定信噪比。本实施例相对于上一个实施例而言，增加了一个功能边计算当前符号边读取下一待处理符号，进一步缩短了信噪比的估计时间。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种信噪比估计方法，其特征在于，包括 步骤A、获取当前待处理符号的无符号间干扰循环扩展部分； 步骤B、依据所述循环扩展部分计算信号能量及噪声能量； 步骤C、获取所述信号能量和噪声能量的比值； 步骤D、确定所述下一待处理符号为当前待处理符号，返回执行获取所述当前待处理符号的无符号间干扰部分的步骤； 步骤E、当全部符号被处理完时，根据得到的全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值，确定信噪比。
2.根据权利要求I所述的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤A之后，步骤D之前还包括当存在未读取待处理符号时，读取下一待处理符号。
3.根据权利要求I所述的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤B包括 BI、将无符号间干扰循环扩展部分与符号主体作相关运算得到信号能量； B2、将无符号间干扰循环扩展部分与符号主体作相减运算得到噪声能量。
4.根据权利要求I所述的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤E具体包括 E1、确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值的平均值作为信噪比。
5.根据权利要求I所述的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤E还包括 E2、确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值中的最小值作为信噪比。
6.根据权利要求I所述的信噪比估计方法，其特征在于，所述步骤E还包括 E3、确定所述全部符号对应的所有信号能量和噪声能量比值中的最大值作为信噪比。
全文摘要
本发明公开了一种信噪比估计方法，包括步骤A、获取当前待处理符号的无符号间干扰循环扩展部分；步骤B、依据所述循环扩展部分计算信号能量及噪声能量；步骤C、获取所述信号能量和噪声能量的比值；步骤D、确定所述下一待处理符号为当前待处理符号，返回执行获取所述当前待处理符号的无符号间干扰部分；步骤E、直到所述符号都处理完成后，根据得到的所有比值，确定信噪比。该方法计算简单，只需要通过一些基本的数学运算即可获得信噪比的估计值，实现的复杂度低。并且估计的速度快，能够在接收完一个完整的符号后就开始进行计算，计算的步骤少，从而能够快速的获得信噪比的估计结果。
文档编号H04L27/26GK102904841SQ20111021342
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者姜建, 沈杰, 刘海涛 申请人:无锡物联网产业研究院