基于硬判决的信噪比估计方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了基于硬判决的信噪比估计方法和装置，还公开了用于信噪比估计的方法和装置。预先将星座图上的每个硬判决区域分成硬判决可靠性不同的至少两个子区域，并设置每个子区域对应的加权因子。当有接收信号时，确定接收信号所属的子区域，使用该子区域对应的加权因子对估计的发射信号的功率进行修正，再利用修正后的功率估计信噪比，降低了信噪比估计的误差。
【专利说明】基于硬判决的信噪比估计方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明属于通信领域，尤其涉及基于硬判决的信噪比估计方法和装置、及用于信噪比估计的方法和装置。
【背景技术】
[0002]信噪比(SNR，Signal Noise Ratio)是衡量接收信号质量的一个重要参数，很多应用都要把信噪比作为先验信息，以获得最佳的性能，如通信系统中的功率控制、自适应编码调制、均衡器、纠错译码器等。
[0003]信噪比的估计方法主要分为两类:第一类是基于发射端已知数据辅助(DA，DataAided)的估计,第二类是不需要发射端已知数据辅助(NDA, Non-Data Aided)的估计,其中第二类又称为盲信噪比估计。
[0004]基于硬判决的估计算法，是目前数字调制信号常用的盲信噪比估计算法。在硬判决的估计算法中，预先在星座图上划分接收信号的硬判决区域，其中每个硬判决区域唯一对应一个发射信号，称为星座点。例如，图1为根据16QAM方式划分的硬判决区域，每个硬判决区域以虚线或坐标轴为边界，每个硬判决区域中的实心圆点是该硬判决区域对应的星座点。假设接收信号在星座图中映射为点X，坐标为(Ix，Qx)，点X所属硬判决区域的星座点为D，坐标为(ID, Qd) ο
[0005]基于图1所示，接收端按照如下步骤估计接收信号X的信噪比:
[0006]步骤1:确定接收信 号X所属的硬判决区域，将该硬判决区域对应的星座点D作为估计的发射信号；
[0007]步骤2:通过公式(Ix-1d)MQx-Qd)2计算噪声功率Pn ;
[0008]步骤3:通过公式g +(?计算所述估计的发射信号的功率Ps ;
[0009]步骤4:计算Ps/Pn，估计接收信号的信噪比。
[0010]这种算法的实现复杂度低，计算量少，在高信噪比时误差很小，但在中、低信噪比时误差较大。
【发明内容】
[0011]有鉴于此，本发明的第一个目的是提供基于硬判决的信噪比估计方法及装置，减小基于硬判决的信噪比估计算法的误差。
[0012]本发明的第二个目的是提供用于信噪比估计的方法和装置，具体应用在基于硬判决的信噪比估计中，减小基于硬判决的信噪比估计算法的误差。
[0013]本发明的一个实施例提供了一种基于硬判决的信噪比估计方法，该方法包括:
[0014]在星座图上确定接收信号所在的硬判决区域，将该硬判决区域的星座点作为估计的发射信号，并计算所述估计的发射信号的功率及噪声功率；
[0015]确定接收信号所在的子区域，所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子；[0016]利用确定出的子区域对应的加权因子，修正所述估计的发射信号的功率；
[0017]利用所述修正后的功率和所述噪声功率估计接收信号的信噪比。
[0018]可选的，该方法还包括:在设定时间段或设定信号个数内，分别统计所述噪声功率和修正后的所述功率的平均值；
[0019]所述信噪比是利用所述噪声功率的平均值、及修正后的所述功率的平均值估计出的。
[0020]本发明的一个实施例提供了一种用于信噪比估计的方法，应用在基于硬判决的信噪比估计中；该方法包括:
[0021]在星座图上确定接收信号所在的子区域，所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子；
[0022]利用确定出的子区域对应的加权因子，修正估计的发射信号的功率。
[0023]在以上两种实施例中，可选的，同一个硬判决区域中的不同子区域，对应不同的硬判决可靠性。
[0024]在以上两种实施例中，可选的，每个硬判决区域中的每个子区域，以该硬判决区域的星座点为中心。
[0025]在以上两种实施例中，可选的，每个硬判决区域中的每个子区域的形状，与该硬判决区域的形状相似。
[0026]在以上两种实施例中，可选的，所述加权因子为O至I之间的数值。
[0027]在以上两种实施例中，可选的，在每个硬判决区域中，距离星座点越近的子区域，对应的加权因子越大。
[0028]在以上两种实施例中，可选的，将确定出的子区域对应的加权因子与所述估计的发射信号的功率相乘，修正所述估计的发射信号的功率。
[0029]本发明的一个实施例提供了一种基于硬判决的信噪比估计装置，该装置包括:
[0030]硬判决单元，用于在星座图上确定接收信号所在的硬判决区域，将该硬判决区域的星座点作为估计的发射信号；
[0031]计算单元，用于计算噪声功率及所述估计的发射信号的功率；
[0032]确定单元，用于确定接收信号所在的子区域，其中所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子;
[0033]修正单元，用于利用确定出的子区域对应的加权因子，修正估计的发射信号的功率；
[0034]信噪比估计单元，用于利用所述噪声功率和修正后的所述功率估计接收信号的信噪比。
[0035]可选的，所述信噪比估计单元包括:
[0036]统计子单元，用于在设定时间段或设定信号个数内，分别统计所述噪声功率和修正后的所述功率的平均值；
[0037]估计子单元，用于利用所述平均值估计所述接收信号的信噪比。
[0038]本发明的一个实施例提供了一种用于信噪比估计的装置，应用在基于硬判决的信噪比估计中；该装置包括:[0039]确定单元，用于确定接收信号所属的子区域，其中所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子;
[0040]修正单元，用于利用确定出的子区域对应的加权因子，修正估计的发射信号的功率。
[0041]在以上两种实施例中，可选的，该装置还包括:预处理单元，用于将星座图上的每个硬判决区域划分成多个子区域，并设置同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子。
[0042]可选的，所述预处理单元被配置成:将每个硬判决区域划分成硬判决可靠性不同的多个子区域。
[0043]可选的，所述预处理单元被配置成:将每个硬判决区域中的每个子区域，设置为以该硬判决区域的星座点为中心。
[0044]可选的，所述预处理单元被配置成:将每个硬判决区域中的每个子区域的形状，设置为与该硬判决区域的形状相似。
[0045]可选的，所述预处理单元被配置成:将所述加权因子设置为O至I之间的数值。
[0046]可选的，所述预处理单元被配置成:在每个硬判决区域中，针对距离星座点越近的子区域，设置其对应的加权因子越大。
[0047]在以上两种实施例中，可选的，所述修正单元被配置成:将确定出的子区域对应的加权因子与估计的发射信号的功率相乘，修正估计的发射信号的功率。
[0048]为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例将详细说明在权利要求书中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
[0049]说明书附图
[0050]图1为根据16QAM方式划分的硬判决区域的示意图；
[0051]图2为本发明实施例中基于硬判决的信噪比估计方法的流程图；
[0052]图3为本发明实施例中用于信噪比估计的方法流程图；
[0053]图4为本发明实施例中16QAM调制时的第一种子区域示意图；
[0054]图5为本发明实施例中16QAM调制时的第二种子区域示意图；
[0055]图6为本发明实施例中16QAM调制时的第三种子区域示意图；
[0056]图7为本发明实施例中8PSK调制时的子区域示意图；
[0057]图8为本发明应用实例的方法流程图；
[0058]图9为依照本发明实施例的方法得出的第一种仿真结果示意图；
[0059]图10为依照本发明实施例的方法得出的第二种仿真结果示意图；
[0060]图11为本发明实施例中基于硬判决的信噪比估计装置的结构示意图；
[0061]图12为图11中的信噪比估计单元的结构示意图；
[0062]图13为本发明实施例中用于信噪比估计的装置结构示意图。
【具体实施方式】[0063]以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
[0064]本发明实施例提供一种基于硬判决的信噪比估计方法，图2为该方法的流程图，包括:
[0065]步骤21:确定接收信号所属的硬判决区域，将该硬判决区域的星座点作为估计的发射信号，并计算噪声功率及所述估计的发射信号的功率；
[0066]步骤22:确定接收信号所属的子区域，所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子；
[0067]步骤23:利用确定出的子区域对应的加权因子，修正估计的发射信号的功率；
[0068]步骤24:利用所述噪声功率和修正后的所述功率估计所述接收信号的信噪比。
[0069]作为一种可选的实施方式，在本发明实施例提供的基于硬判决的信噪比估计方法中，还可以包括:在设定时间段或设定信号个数内，分别统计所述噪声功率和修正后的所述功率的平均值。此时，所述信噪比时利用所述噪声功率的平均值、及修正后的所述功率的平均值估计出的。
[0070]本发明实施例还提供一种用于信噪比估计的方法，该方法具体是应用在基于硬判决的信噪比估计中，图3为该方法的流程图，包括:
[0071]步骤31:确定接收信号所属的子区域，所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子；
[0072]步骤32:利用确定出的子区域对应的加权因子，修正估计的发射信号的功率。
[0073]在基于硬判决的估计算法中，接收信号受到的噪声干扰越大时，会距离其本身应该对应的星座点越远，就越有可能落入其他星座点的硬判决区域，造成误判决。以图1所示为例，确定接收信号X所属的硬判决区域为星座点D所在的区域，所以将星座点D作为估计的发射信号。但实际上，接收信号X受到的噪声干扰较大，其对应的发射信号有可能是A、B或C中的一个，这时将发射信号判决为星座点D就造成了误判决，进而使得信噪比的估计出现误差。
[0074]当接收信号落入一个硬判决区域时，距离该硬判决区域的星座点越近，则针对该接收信号的硬判决的可靠性越高，而距离该硬判决区域的星座点越远，则针对该接收信号的硬判决的可靠性越低。
[0075]因此，作为一种可选的实施方式，在本发明实施例提供的上述两种方法中，将每个硬判决区域划分成硬判决可靠性不同的多个子区域。
[0076]作为一种可选的实施方式，在本发明实施例提供的上述两种方法中，在每个硬判决区域中划分出来的多个子区域，以该硬判决区域的星座点为中心。
[0077]进一步，考虑到确定接收信号所属子区域的准确性和复杂度，可以根据硬判决区域本身的形状来设置其所包括的子区域的形状。当然，也可以将子区域设置为任意形状。
[0078]下面针对不同的调制方式，给出几种子区域的形状和个数的设置示例。
[0079]第一，针对16QAM调制。
[0080]图4为本发明实施例中16QAM调制时的第一种子区域示意图。将每个硬判决区域分成两个子区域，其中靠近星座点的子区域为方形，远离星座点的子区域为方环，对于星座图最外围的硬判决区域来说，这两个子区域均不是封闭图形。
[0081]图5是本发明实施例中16QAM调制时的第二种子区域示意图。将每个硬判决区域分成三个子区域，其中靠近星座点的子区域为方形，远离星座点的两个子区域为方环，对于星座图最外围的硬判决区域来说，这三个子区域均不是封闭图形。
[0082]图6是本发明实施例中16QAM调制时的第三种子区域示意图。将每个硬判决区域分为三个子区域，其中靠近星座点的子区域为圆形，远离星座点的两个子区域中的其中一个为圆环，对于星座点最外围的硬判决区域来说，除靠近星座点的子区域外，其他两个子区域均不是封闭图形。
[0083]第二，针对8PSK调制。
[0084]图7为本发明实施例中8PSK调制时的子区域示意图。将每个硬判决区域分成两个子区域，其中靠近星座点的子区域为不封闭的三角形。
[0085]作为一种可选的实施方式，在本发明实施例提供的上述两种方法中，加权因子为O至I之间的取值。进一步，硬判决可靠性高的子区域对应的加权因子较大，硬判决可靠性低的子区域对应的加权因子较小。也就是说，同一个硬判决区域中，距离该硬判决区域的星座点越近的子区域对应的加权因子越大。
[0086]在本发明实施例提供的上述两种方法中，确定接收信号所属的硬判决区域，及确定接收信号所属的子区域，均可以根据现有的方法实现。
[0087]可见，本发明实施例提供的上述两种方法中，将星座图中的每个硬判决区域分成了多个子区域，并为同一硬判决区域中的不同子区域设置不同的加权因子，当接收信号落入不同的子区域时，使用不同的加权因子对估计的发射信号的功率进行修正，可以弥补误判决造成的误差。
[0088]以上述图4所示的情况为例，下面给出本发明实施例中的方法应用实例，假设当前为高斯信道，子区域Dl和子区域D2对应的加权因子分别为dl和d2，接收信号X的坐标为(Ix，Qx)，星座点D的坐标为(ID，Qd)。上述dl和d2为O至I之间的数值。
[0089]图8为本发明应用实例的方法流程图，包括如下步骤。
[0090]步骤81:确定接收信号X所在的硬判决区域，将该硬判决区域中的星座点D作为估计的发射信号。
[0091]步骤82:计算噪声功率Pn。
[0092]本步骤中，计算接收信号与估计的发射信号距离的平方，得到噪声功率，具体通过如下公式计算:Pn= (IX_ID)2+(QX_QD)2。
[0093]步骤83:计算估计的发射信号的功率。
[0094]本步骤中，计算星座点D与坐标原点的距离的平方，得到估计的发射信号的功率，具体通过如下公式计算J3s=I1d+ Qi。
[0095]这里的步骤82和步骤83在执行顺序上无严格限定。[0096]步骤84:确定接收信号X所属的子区域及对应的加权因子。
[0097]本步骤中，确定接收信号X位于子区域D2，对应的加权因子为d2。
[0098]步骤85:使用确定出的加权因子乘以估计的发射信号的功率，对其进行修正。
[0099]本步骤中，通过如下公式修正估计的发射信号的功率:P' s = PsXd2。
[0100]步骤86:返回执行步骤81，直至到达设定时间或设定信号个数，然后统计噪声功率Pn、及修正后的估计的发射信号的功率P s的平均值。
[0101]步骤87:利用噪声功率的平均值、和修正后的估计的发射信号的功率的平均值，计算接收信号的信噪比。
[0102]本步骤中，以设定信号个数为例，通过如下公式计算接收信号的信噪比:
【权利要求】
1.一种基于硬判决的信噪比估计方法，其特征在于，该方法包括: 在星座图上确定接收信号所在的硬判决区域，将该硬判决区域的星座点作为估计的发射信号，并计算所述估计的发射信号的功率及噪声功率； 确定接收信号所在的子区域，所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子； 利用确定出的子区域对应的加权因子，修正所述估计的发射信号的功率； 利用所述修正后的功率和所述噪声功率估计接收信号的信噪比。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括:在设定时间段或设定信号个数内，分别统计所述噪声功率和修正后的所述功率的平均值； 所述信噪比是利用所述噪声功率的平均值、及修正后的所述功率的平均值估计出的。
3.一种用于信噪比估计的方法，应用在基于硬判决的信噪比估计中；其特征在于，该方法包括: 在星座图上确定接收信号所在的子区域，所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子； 利用确定出的子区域对应的加权因子，修正估计的发射信号的功率。
4.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，同一个硬判决区域中的不同子区域，对应不同的硬判决可靠性。
5.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，每个硬判决区域中的每个子区域，以该硬判决区域的星座点为中心。
6.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，每个硬判决区域中的每个子区域的形状，与该硬判决区域的形状相似。
7.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述加权因子为O至I之间的数值。
8.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在每个硬判决区域中，距离星座点越近的子区域，对应的加权因子越大。
9.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，将确定出的子区域对应的加权因子与所述估计的发射信号的功率相乘，修正所述估计的发射信号的功率。
10.一种基于硬判决的信噪比估计装置，其特征在于，该装置包括: 硬判决单元，用于在星座图上确定接收信号所在的硬判决区域，将该硬判决区域的星座点作为估计的发射信号； 计算单元，用于计算噪声功率及所述估计的发射信号的功率；确定单元，用于确定接收信号所在的子区域，其中所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子；修正单元，用于利用确定出的子区域对应的加权因子，修正估计的发射信号的功率； 信噪比估计单元，用于利用所述噪声功率和修正后的所述功率估计接收信号的信噪比。
11.如权利 要10所述的装置，其特征在于，所述信噪比估计单元包括: 统计子单元，用于在设定时间段或设定信号个数内，分别统计所述噪声功率和修正后的所述功率的平均值； 估计子单元，用于利用所述平均值估计所述接收信号的信噪比。
12.一种用于信噪比估计的装置，应用在基于硬判决的信噪比估计中；其特征在于，该装置包括: 确定单元，用于确定接收信号所属的子区域，其中所述子区域是将星座图上的每个硬判决区域进行划分而形成的，且同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子； 修正单元，用于利用确定出的子区域对应的加权因子，修正估计的发射信号的功率。
13.如权利要求10或12所述的装置，其特征在于，该装置还包括:预处理单元，用于将星座图上的每个硬判决区域划分成多个子区域，并设置同一个硬判决区域中的不同子区域对应不同的加权因子。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述预处理单元被配置成:将每个硬判决区域划分成硬判决可靠性不同的多个子区域。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述预处理单元被配置成:将每个硬判决区域中的每个子区域，设置为以该硬判决区域的星座点为中心。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述预处理单元被配置成:将每个硬判决区域中的每个子区域的形状，设置为与该硬判决区域的形状相似。
17.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述预处理单元被配置成:将所述加权因子设置为O至I之间的数值。
18.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述预处理单元被配置成:在每个硬判决区域中，针对距离星座点越近的子区域，设置其对应的加权因子越大。
19.如权利要求10`或12所述的装置，其特征在于，所述修正单元被配置成:将确定出的子区域对应的加权因子与估计的发射信号的功率相乘，修正估计的发射信号的功率。
【文档编号】H04L27/34GK103532905SQ201210232575
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】鲍东山, 刘飞, 司宏伟, 朱定乾, 张健, 姜冰 申请人:北京新岸线移动通信技术有限公司