专利名称：噪声方差估计方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术及航空宽带移动通信技术，尤其涉及一种噪声方差估计方法。
背景技术：
随着通信技术的发展，民航客机等航空飞行器可以利用航空宽带移动通信技术，与地面的通信网络进行宽带数据通信，旅客在客机内可以使用终端设备上网或进行通话等。航空宽带移动通信技术是提供新一代空中交通管理信息服务的关键。L 波段数字航空通信系统(L-Band Digital Aeronautical CommunicationsSystem Type I, L-DACSl)是航空宽带移动通信系统中的一种，采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术。在 OFDM 系统中，准确的噪声方差估计是进行最小均方误差(Minimum Mean Square Error, MMSE)均衡和软解调的基础，是保证OFDM系统传输质量，发挥OFDM系统优越性的关键。现有技术中的噪声方差估计的方法包括两类:一类是基于导频数据辅助的噪声方差估计方法，例如基于最小二乘法(Least Square，LS)信道估计的时域估计方法；另一类是盲估计方法，例如二阶矩四阶矩(M2M4)阶算法。基于导频数据辅助的噪声方差估计方法的特点是较为简单，易于实现，但是只有应用在导频结构及导频序列满足特定要求的系统中，才能够获得很好的性能。而L-DACSl采用梳妆导频结构设计，其导频序列相对稀疏且独特，不满足基于导频数据辅助的噪声方差估计方法对导频结构及导频序列的要求，因此，采用这样的基于导频数据辅助的噪声方差估计方法，对L-DACSl中的噪声方差进行估计时，存在的性能较低的问题，因此，现有技术中采用盲估计方法对L-DACSl中的噪声方差进行估计。将盲估计方法用于对高斯白噪声信道中传输的信号进行噪声方差的估计时，由于高斯白噪声信道中仅有噪声，并且传输路径为单一路径，所获得的噪声方差的估计值与理想值之间的均方误差值较小。也就是说，利用盲估计方法对高斯白噪声的噪声方差进行估计的准确度较高。但是L-DACSl中在发射机与接收机之间的传输路径为多条路径，接收机接收到的信号中不仅包括发射机所发送的信号，还包括信道中的噪声，并且信道响应是时时变化的，也就是说，L-DACSl中的信道是多径时变信道。在这样的传输条件下，若仍采用盲估计方法对接收到的信号的噪声方差进行估计，则当接收信号的信噪比较高时，由于噪声功率较低，在对噪声方差进行估计时，受信道响应的变化值的影响较大，从而使得在高信噪比的情况下，利用盲估计方法对噪声方差进行估计的估计值与理想值之间的均方误差值较大，也就是说，利用盲估计方法对L-DACSl中信号的噪声方差进行估计的准确度较低。
发明内容
本发明提供一种噪声方差估计方法，用于解决利用盲估计方法对L-DACSl中信号的噪声方差进行估计时，准确度较低的问题。本发明的第一个方面是提供一种噪声方差估计方法，包括:根据正交频分复用OFDM符号中至少一个目标子载波中导频信号的信道频率响应，计算各目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，所述目标子载波为所述OFDM符号中用于承载导频信号的子载波；根据所述至少一个目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，获得所述OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值；根据所述OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值、所述OFDM符号中全部信号的二阶矩以及所述OFDM符号中全部信号的四阶矩，获得所述OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值。本发明实施例提供的噪声方差估计方法，利用接收信号中导频信号的信道频率响应，计算出每个OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值，进而根据每个OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值、每个OFDM符号中全部信号的二阶矩和四阶矩，计算出每个OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值，通过在对接收信号的噪声方差进行估计的方法中，考虑到了信道条件对噪声方差估计值的影响，使得即使在高信噪比的条件下，对接收信号中噪声方差的估计值与理论值的偏差也能够比较小，有效地提高了对噪声方差进行估计的性倉泛。
图1为本发明实施例提供的噪声方差估计方法的流程图。
具体实施例方式图1为本发明实施例提供的噪声方差估计方法的流程图，如图1所示，该方法包括:101、根据OFDM符号中至少一个目标子载波中导频信号的信道频率响应，计算各目标子载波中导频信号的信道增益的幅值。其中，所述目标子载波为所述OFDM符号中用于承载导频信号的子载波。具体的，本发明实施例中的噪声方差估计方法，在对接收机接收到的信号进行噪声方差估计时，不仅需要考虑接收信号本身，还需要考虑接收信号中的导频信号在信道中的信道频率响应。接收机在指定的OFDM符号上接收信号，每帧信号占用一个或多个OFDM符号，每个OFDM符号在频域上被划分为一个或多个子载波。也就是说，子载波是承载接收信号的最小单位。根据发射机和接收机之间的通信协议，在每帧信号的帧结构中，按照一定的规则分布着导频信号和数据信号，相应地，在每个OFDM符号的子载波中包括用于承载导频信号的子载波和用于承载数据信号的子载波。本发明实施例中，将其中承载导频信号的子载波称为目标子载波。在步骤101之前，该方法可以包括:从接收到的每帧信号中的至少一个OFDM符号中，分别获取所述至少一个OFDM符号中的所述至少一个目标子载波；计算所述至少一个OFDM符号中的每个目标子载波中导频信号的信道频率响应。具体的，对于接收信号中的每帧信号而言，从承载全部信号的子载波中，提取出其中承载导频信号的一个或多个目标子载波。当所提取出的目标子载波为多个时，各目标子载波可以分别属于相同的OFDM符号，也可以分别属于不同的OFDM符号。对于提取出的一个或多个目标子载波，分别计算各目标子载波中的导频信号的信道频率响应。相应地，所述获得所述OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值之后，所述方法还可以包括:利用所述接收到的每帧信号，以及每帧信号中的至少一个OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值，还原出发射机所发射的信号。具体的，计算出各OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值之后，噪声方差的估计值可以用于估计信号的信噪比，还可以为进行信号均衡提供参数。根据所接收到的每帧信号，和每帧信号中的各OFDM符号对应的噪声方差估计值，可以通过对信号进行均衡，补偿信道对信号的影响，从而还原出发射机所发射出的信号。进一步地，所述目标子载波中导频信号的信道频率响应为，在所述目标子载波上实际接收到的导频信号的幅值与所述导频信号的幅值理论值之间的比值。假设一帧数据占用多个OFDM符号，其中每个OFDM符号中包括多个子载波，在全部子载波中有一部分子载波是用于承载导频信号的目标子载波；目标子载波的数量少于全部子载波的总数。 接收端根据通信协议，可以在接收机接收到信号之前，预先获知发射机在子载波上发送的导频信号，也就是说，在接收端预先知道在各目标子载波上承载的导频信号的幅值理论值Xpn，k。其中，Xpn，k表示第η个OFDM符号中的第k个子载波上的导频信号的幅值理论值。接收端实际接收到的导频信号的幅值为Ypn，k，Ypn,k表示实际接收信号在第η个OFDM符号中的第k个子载波上的导频信号的幅值。相应地，第η个OFDM符号中的第k个子载波上的导频信号的信道频率响应Hn，k为，
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ο响应。由于第η个OFDM符号中的全部子载波中，并非全都用于承载导频信号，因此，对于其中的非目标子载波而言，不存在导频信号的信道频率响应Hn，k。为了更清楚的表示目标子载波中导频信号的信道频率响应，以下将目标子载波中导频信号的信道频率响应称为进一步地，该方法还可以包括:计算所述目标子载波中导频信号的信道频率响应的模值；将所述目标子载波中导频信号的信道频率响应的模值，作为所述目标子载波中导频信号的信道增益的幅值。具体的，在计算出目标子载波中导频信号的信道频率响应L之后，对L进行取模值的运算，得到|Hn」，将IU作为第η个OFDM符号中的第j个目标子载波中导频信号的信道增益的幅值。
102、根据所述至少一个目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，获得所述OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值。具体的，在计算出每个OFDM符号中的每个目标子载波中导频信号的信道增益的幅值之后，进一步地计算每个OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值。具体的计算方法为，
权利要求
1.一种噪声方差估计方法，其特征在于，包括: 根据正交频分复用OFDM符号中至少一个目标子载波中导频信号的信道频率响应，计算各目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，所述目标子载波为所述OFDM符号中用于承载导频信号的子载波； 根据所述至少一个目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，获得所述OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值； 根据所述OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值、所述OFDM符号中全部信号的二阶矩以及所述OFDM符号中全部信号的四阶矩，获得所述OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值。
2.根据权利要求1所述的噪声方差估计方法，其特征在于，所述根据目标子载波中导频信号的信道频率响应，计算所述目标子载波中导频信号的信道增益的幅值之前，所述方法还包括: 从接收到的每帧信号中的至少一个OFDM符号中，分别获取所述至少一个OFDM符号中的所述至少一个目标子载波； 计算所述至少一个OFDM符号中的每个目标子载波中导频信号的信道频率响应； 相应地，所述获得所述OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值之后，所述方法还包括: 利用所述接收到的每帧信号，以及每帧信号中的至少一个OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值，还原出 发射机所发射的信号。
3.根据权利要求1或2所述的噪声方差估计方法，其特征在于，所述目标子载波中导频信号的信道频率响应为，在所述目标子载波上实际接收到的导频信号的幅值与所述导频信号的幅值理论值之间的比值。
4.根据权利要求1所述的噪声方差估计方法，其特征在于，所述根据目标子载波中导频信号的信道频率响应，计算所述目标子载波中导频信号的信道增益的幅值包括: 计算所述目标子载波中导频信号的信道频率响应的模值； 将所述目标子载波中导频信号的信道频率响应的模值，作为所述目标子载波中导频信号的信道增益的幅值。
5.根据权利要求1所述的噪声方差估计方法，其特征在于，所述根据所述至少一个目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，获得所述OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值具体为: k E{\H,J} —邱 U2}2.其中，I Hn, J为第n个OFDM符号中的第j个目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，E{|Hn,j|4}是对第η个OFDM符号中各目标子载波的|Ηη，」的四次方进行均值运算，Ε{ |Ηη」_ |2}是对第η个OFDM符号中各目标子载波的I Hn；J |的二次方进行均值运算，kh，n为第η个OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值。
6.根据权利要求1所述的噪声方差估计方法，其特征在于，所述OFDM符号中全部信号的二阶矩M2，n为，M 二可所述OFDM符号中全部信号的四阶矩M4，n为，M^=E{{yuy:,k)2}.， 其中，yn，k为第η个OFDM符号的全部子载波中的第k个子载波中的信号，是对第η个OFDM符号中的各子载波中的信号与共轭信号的乘积进行均值运算；是对第η个OFDM符号中的各子载波中的信号与共轭信号的乘积的二次方，进行平均值运算； 相应地，根据所述OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值、所述OFDM符号中全部信号的二阶矩以及所述OFDM符号中全部信号的四阶矩，获得所述OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值具体为:
全文摘要
本发明提供一种噪声方差估计方法，包括根据OFDM符号中的至少一个目标子载波中导频信号的信道频率响应，计算各目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，目标子载波为所述OFDM符号中用于承载导频信号的子载波；根据至少一个目标子载波中导频信号的信道增益的幅值，获得OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值；根据OFDM符号中导频信号的信道增益的峰值、OFDM符号中全部信号的二阶矩以及OFDM符号中全部信号的四阶矩，获得OFDM符号中全部信号的噪声方差的估计值。通过考虑信道条件对噪声方差估计值的影响，使得在高信噪比的条件下，对接收信号中噪声方差的估计值与理论值的偏差也较小，有效地提高了噪声方差进行估计的性能。
文档编号H04L25/02GK103200138SQ20131011417
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者张涛, 蒋银坪, 邢培飞 申请人:北京航空航天大学