专利名称：用于多载波系统的信号信噪比的估算系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号传输的技术领域，尤指一种用于多载波系统的信号信噪比的估算 系统。
背景技术：
有效率且精确的信号信噪比(SNR)估测在通讯系统中是不可或缺的。尤其在包 含以OFDM或TDS-OFDM为主的多载波(Multi-carrier)系统，其工作于多路径衰落信道 (Multipath fading channels)之中时，更需要有效率且精确的信号信噪比信息以改善系 统效能。Xu 等人于 2005 年的 IEEE 61st Vehicular Technology Conference 所提论文 "A Novel SNR Estimation Algorithm for OFDM”中，已揭露先前的信号信噪比估测方法， 并据以提出一个二阶信号信噪比估测方法，该方法依据Jakes的模型，并且适用于快速的 多路径衰落信道环境中。然而，其仅估测每个子载波上的信号信噪比，而非针对整个OFDM 系统。Athanasios ^AT 2005 的 ICACT 7th International Conference on Advanced Communication Technology 所提论文‘‘BPSK SNR estimation algorithm for HIPERLAN/2 transceiver in AffGN channels”中，已揭露一个在高性能无线局域网 (HIPERLAN)中的信号信噪比估测方法。然而，其仅考虑AWGN(Additive white Gaussian noise，加性高斯白噪声)信道，而非更接近实际传输的多路径信道。因此已有的信号信噪 比(SNR)估测技术所考虑的条件并不完善，且仍有诸多缺点而有予以改善的必要。
发明内容
本发明的目的主要在于提供一种用于多载波系统的信号信噪比的估算系 统。其适用于工作在多路径衰落信道之中的包含以OFDM或TDS-OFDM为主的多载波 (Multi-carrier)系统。依据本发明的一方面，本发明提出一种用于多载波系统的信号信噪比的估算系 统，而并不需要预先检知盲传输参数信令或指引信号的内容。其包含相位旋转装置、能量 估测装置、信道增益计算装置、选择平均装置、及组合及计算装置。该相位旋转装置将接收 正交调幅(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)符号信号(以下简称QAM符号信号) 及信道估测信号进行相位旋转操作，以产生旋转符号信号及旋转信道估测信号。该能量估 测装置连接于该相位旋转装置并包含多个子能量估测装置，以对该旋转QAM符号信号在各 子载波中进行能量估测，从而产生信号能量信号及噪声能量信号。该信道增益计算装置连 接于该相位旋转装置，依据该旋转信道估测信号，而产生子载波信道增益信号，及平均信道 增益信号。该选择平均装置连接至该能量估测装置及该信道增益计算装置，依据准则信号、 该信号能量信号、该噪声能量信号、及该子载波信道增益信号，选择并产生平均信号功率集 合、集合平均噪声功率、及平均信道增益集合。该组合及计算装置连接于该选择平均装置及该信道增益计算装置，依据该准则信号、该平均信号功率集合、该集合平均噪声功率、该平 均信道增益集合、及该平均信道增益信号，以产生估算信号信噪比。
图1是本发明的一种用于多载波系统的信号信噪比的估算系统，其可适用于工作 于多路径衰落信道之中的包含以OFDM或TDS-OFDM为主的多载波系统。 图2是本发明的子能量估测装置的方块图。 图3是本发明的子能量估测装置的另一实施例的方块图。 图4是本发明的信道增益计算装置的方块图。 图5是本发明的该选择平均装置的方块图。 图6是本发明的该候选者搜索装置的方块图。 图7是本发明的该组合及计算装置的方块图。
图8是本发明的用于数字地面多媒体广播中的盲传输参数信令或指引信号的信 号信噪比的估算系统的模拟结果示意图。
图9是本发明的用于多载波系统的信号信噪比的估算系统的另-图10是SARFT-8多路径信道的各种参数的示意图。 主要元件符号说明
相位旋转装置110
-模拟结果示意图<
估算系统100 能量估测装置120 选择平均装置140 dB值转换装置160 子能量估测装置121 取复数值装置215，220 取实数值装置235 暂存器250
取复数值装置310，360 乘法器330，370 暂存器350 暂存器410 第一乘法器430 第二累加装置450 第三累加装置510 第二选择装置530 候选者选取装置610 第一计算装置710 第三计算装置730
信道增益计算装置130 组合及计算装置150
延迟装置210 乘法器225，230 减法器240 累加装置245，255 累加装置320,340 减法器380
第一累加装置420 第一选择装置440
候选者搜索装置520
数目计算装置620 第二计算装置720 第三选择装置740
具体实施例方式
图1是本发明的一种用于多载波系统的信号信噪比的估算系统100的方块图，其
7可适用于工作于多路径衰落信道之中的包含以OFDM或TDS-OFDM为主的多载波系统。该估 算系统所需的同步及信道估测等功能均假设已可事先完成，其并不包含在本发明的讨论范 围内。该估算系统100包含相位旋转装置110、能量估测装置120、信道增益计算装置 130、选择平均装置140、组合及计算装置150、及dB值转换装置160。令i代表码帧(frame)的索引(index)，k代表子载波(sub-carrier)的索引。则
该相位旋转装置110将接收的QAM符号信号{Yi,k}及信道估测信号{戌>}进行相位旋转操 作，以产生旋转QAM符号信号及旋转信道估测信号{I Hik |}。且假设完美的信道估测以使= Hlk则该相位旋转装置 110对QAM符号信号{Yi,k}及信道估测信号{戎>}分别旋转负的Z Hu角度，而产生该旋转 QAM符号信号丨gj及该旋转信道估测信号{丨Hik |}。该旋转QAM符号信号丨可用下列公式 表不该旋转信道估测信号{| Hl k丨}可用下列公式表示Mi广 Hijre^U
11 9令η为时域QAM符号序列{Υ ,η}的索引。则(Yi,J是{yj经过FFT运算后的频 率域表示序列。该能量估测装置120连接于该相位旋转装置110并包含Ntps个子能量估测装置 121，以对该旋转QAM符号信号{ ^}在各子载波中进行能量估测，而产生信号能量信号St及
噪声能量信号Ντ。图2是本发明的子能量估测装置121的方块图，其中，每一个子能量估测装置121
为关联性能量估测装置，其接收该旋转QAM符号信号·{gj的频率域信号，并产生子载波
上的信号能量信号Sk及噪声能量信号Nk。如图2所示，该子能量估测装置121包含延迟装置 210、取复数值装置215，220、乘法器225，230、取实数值装置235、减法器240、暂存器250、及 累加装置245，255。该延迟装置210接收该频率域信号，并予以暂存。该取复数值装置215连接至 该延迟装置210，以将其暂存信号取复数值，之后，该乘法器225将取复数值后的信号与该 频率域信号相乘，再经取实数值装置235取实数而产生信号Si, k。该取复数值装置220对该频率域信号取复数值后，再利用乘法器230与该频率 域信号相乘，而产生信号Pu，信号Pu可视为在第k个子载波上的总能量，而信号Si,k可 视为在第k个子载波上的信号能量。故当信号Pi,k利用减法器240减去信号Si,k后所产生 的信号Nu可视为第k个子载波上的噪声能量。该暂存器250暂存欲累加的信帧数目Ns，该累加装置245，255分别对信号Si, k及 信号Ni, k累加，而产生该信号能量信号Sk及噪声能量信号Nk，该信号能量信号Sk及噪声能量信号Nk相对应于第k个子载波。该能量估测装置120有Ntps个子能量估测装置121，各个子能量估测装置121输出 信号能量信号Sk及噪声能量信号Nk的集合即为该信号能量信号St及该噪声能量信号Ντ。图3是本发明的子能量估测装置121的另一实施例的方块图，其中，每一个子能 量估测装置121是时间平均能量估测装置，其接收该旋转QAM符号信号{只+}的频率域信号
k，并产生子载波上的信号能量信号Sk及噪声能量信号Nk。如图3所示，该子能量估测装
置121包含取复数值装置310，360、累加装置320，340、乘法器330，370、减法器380、及暂存 器 350。该取复数值装置310接收该频率域信号并取复数值，之后，该乘法器330将取复 数值后的信号与该频率域信号Iit相乘，而产生信号Pu，信号Pi, k可视为在第k个子载波上 的总能量。该暂存器350暂存欲累加的信帧数目Ns，该累加装置340对信号Pi,k累加，而产 生该信号Pk。该累加装置340对该频率域信号累加，该取复数值装置360连接至该累加装置 340，以对该累加装置340输出信号取复数。使用该乘法器370连接至该累加装置340及该 取复数值装置360，以对该累加装置340的输出信号及该取复数值装置360的输出信号相 乘，而产生该信号能量信号Sko该减法器380将该信号Pk减去该信号能量信号Sk而产生该 噪声能量信号Nk。该能量估测装置120有Ntps个子能量估测装置121，各个子能量估测装置121输出 信号能量信号Sk及噪声能量信号Nk的集合即为该信号能量信号St及该噪声能量信号Ντ。该信道增益计算装置130连接于该相位旋转装置110，依据该旋转信道估测信号
(I H1, |}，而产生子载波信道增益信号，及平均信道增益信号&。图4是本发明信道增益计算装置130的方块图，该信道增益计算装置130包含暂 存器410、第一累加装置420、第一乘法器430、第一选择装置440、及第二累加装置450。该暂存器410储存图帧的数目Nf。该第一累加装置420连接至该暂存器410及该 相位旋转装置110，以对该旋转信道估测信号{| Hlk |}进行累加运算，而产生累加旋转信道 估测信号we JAaI
ο该第一乘法器430连接至该第一累加装置420，以将该累加旋转信道估测信号 ave_j Hl k I相乘，以产生第k个子载波信道增益&。该第一选择装置440连接至该第一乘法器430，以选择子载波为传输参数信令 (TPS)或指引信号(pilot)对应的信道增益，以产生该子载波信道增益信号巧。该第二累加装置450连接至该第一乘法器430，对所有的子载波信道增益Ai.进行 累加运算，而产生该平均信道增益信号巧。其中，第k个子载波信道增益可用下列公式表示 该平均信道增益信号巧可用下列公式表示 该子载波信道增益信号/^可用下列公式表示 其中，It为子载波为传输参数信令或指引信号的索引所组成的集合。该选择平均装置140连接至该能量估测装置120及该信道增益计算装置130，依据
准则信号μ、该信号能量信号sT、该噪声能量信号Nt、及该子载波信道增益信号巧’，选择并 产生平均信号功率集合集合平均噪声功率及平均信道增益集合{之“} 图5是本发明该选择平均装置140的方块图，该选择平均装置140包含第三累加 装置510、候选者搜索装置520、及第二选择装置530。该第三累加装置510连接至该能量估测装置120及该第一选择装置440，以对该信 号能量信号St、该噪声能量信号Nt、及该子载波信道增益信号执行累加运算，而分别产生 平均信号功率玄、平均噪声功率及、及平均信道增益P。亦即该第三累加装置510具有三个 子累加装置，以分别对该信号能量信号St、该噪声能量信号Nt、及该子载波信道增益信号P^ 执行累加运算，而分别产生平均信号功率玄、平均噪声功率V、及平均信道增益P。 该候选者搜索装置520连接至该能量估测装置120及该第一选择装置440，依据准 则信号μ以对该信号能量信号St、该噪声能量信号Nt、及该子载波信道增益信号执行搜 索及选择，而产生合格子载波索引集合Vli，及该合格子载波索引集合数目Νν。图6是本发明该候选者搜索装置520的方块图，该候选者搜索装置520包含候选 者选取装置610及数目计算装置620。如图6所示，该平均信号功率集合{ξ}该集合平均噪声功率及该平均信道
、Λ
增益集合{^f}中的下标m为1至Νν。当该准则信号μ为累加(accumulation，Α)时，该候 选者搜索装置520输出的该合格子载波索引集合乂口{k I k=l}。当该准则信号
μ为全部(overall，0)时，该候选者搜索装置520输出的该合格子载波索引集合Vli为N0 ={k I k = 1 NTPS}。当该准则信号μ为第k个子载波信道增益仏.大于阈值(Il)时， 该候选者搜索装置520输出的该合格子载波索引集合Vli为& = ik I Puk > V)。当该准则信号 μ为第k个子载波最大信号信噪比时，该候选者搜索装置520输出的该合格子载波索引集
合^为、当该准则信号μ为第k个子载最大波信号功率时，该候 选者搜索装置520输出的该合格子载波索引集合乂口为&当该准则
κO
信号μ为第k个子载波最大信道增益时，该候选者搜索装置520输出的该合格子载波索引 集合 νμ 为Vfi = {k I argΜ Χ(Ρη)、
O该数目计算装置620连接至该候选者选取装置610，以计算该合格子载波索引集 合乂卩的数目Νμ。亦即，Νμ = |νμ|。该第二选择装置530连接至该第三累加装置510及该候选者搜索装置520，依据该
10准则信号μ、该合格子载波索引集合νμ及该合格子载波索引集合数目Nv，以由该平均信号 功率玄、该平均噪声功率及、及该平均信道增益ρ，选择产生平均信号功率集合{ξΠ、集合平 均噪声功率{々;}及平均信道增益集合 该组合及计算装置150连接于该选择平均装置140及该信道增益计算装置130，依 据该准则信号μ、该平均信号功率集合{■ }、该集合平均噪声功率{》;}、该平均信道增益 集合{之“}、及该平均信道增益信号巧，以产生估算信号信噪比、μ。图7是本发明的该组合及计算装置150的方块图，该组合及计算装置150包含第 一计算装置710、第二计算装置720、第三计算装置730、及第三选择装置740。该第一计算装置710连接于该选择平均装置140及该信道增益计算装置130，依据
该平均信号功率集合{ξΓ}、该集合平均噪声功率、及该平均信道增益集合，而产 生第一估算信号噪声。该第一计算装置710依据下列公式以产生该第一估算信号噪声 S^ Ph 该第二计算装置720连接于该选择平均装置140及该信道增益计算装置130，依据
该平均信号功率集合、该集合平均噪声功率{&；}、该平均信道增益集合及该平均
信道增益信号巧，而产生第二估算信号噪声。该第二计算装置720依据下列公式以产生该 第二估算信号噪声 该第三计算装置730连接于该选择平均装置130及该信道增益计算装置140，依据 该平均信号功率集合{^}、该集合平均噪声功率{》；}、该平均信道增益集合丨gf丨及该平均 信道增益信号&，而产生第三估算信号噪声。该第三计算装置730依据下列公式以产生该 第三估算信号噪声
— N1-否 μ ι=^ ·{!!#·
iVm rm 。⑶该第三选择装置740连接至该第一计算装置710、该第二计算装置720、及该第三 计算装置730，依据该准则信号μ，以选择该第一估算信号噪声、该第二估算信号噪声、该 第三估算信号噪声，以输出为该估算信号信噪比Y μ。该dB值转换装置160连接于该组合及计算装置150，以将该估算信号信噪比Y μ 转换为dB值。由前述说明可知，本发明技术用于多路径信道。当本发明技术应用于AWGN信道 时，估算信号信噪比为 图8是本发明的用于数字地面多媒体广播(Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting, DTMB)为例的盲传输参数信令或指引信号的信号信噪比的估算系统的模拟 结果示意图，其在AWGN下使用36个指引信号，并使用图2中的关联性的子能量估测装置 121及准则信号μ为累加(μ =Α)。由图8可知，在ΡΝ945及ΡΝ420两种模式下，当信号 信噪比小于22dB时，估算信号信噪比(dB)与实际量测信号信噪比(dB)之差小于ldB。亦 即本发明技术的估算信号信噪比(dB)非常接近实际值。图9是本发明的用于数字地面多媒体广播中的盲传输参数信令或指引信号的信 号信噪比的估算系统的另一模拟示结果意图，其用于SARFT-8多路径信道且处于PN420/ QPSK模式，其中Ml线条使用图2中的关联性的子能量估测装置121公式(3)，M2线条使用 图3中的时间平均的子能量估测装置121公式(3)，M3线条使用图2中的关联性的子能量 估测装置121公式(1)。图10是SARFT-8多路径信道中的各种参数的示意图。由前述说明可知，已有技术并未考虑使用传输参数信令或指引信号以帮助信号信 噪比(SNR)估测，仅考虑AWGN信道，而未考虑实际传输时的多路径信道。而本发明使用传 输参数信令或指引信号以帮助信号信噪比估测，此种方式可较已有技术更能准确地估测信 号信噪比，而使通讯系统能校准至较佳的状况。同时，而本发明不仅考虑AWGN信道，也考虑 实际传输时多路径信道的传输情形，也能比已有技术更准确地估测实际传输时的信号信噪 比。由上述可知，本发明无论就目的、手段及功效而言，均显示其不同于已有技术的特 征，极具实用价值。应注意的是，上述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，本发明所主 张的权利范围自应以权利要求书范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
1权利要求
一种用于多载波系统的信号信噪比的估算系统，该估算系统包含相位旋转装置，接收QAM符号信号{Yi，k}及信道估测信号后进行相位旋转操作，以产生旋转QAM符号信号及旋转信道估测信号能量估测装置，连接于该相位旋转装置并包含NTPS个子能量估测装置，以对该旋转QAM符号信号在各子载波中进行能量估测，而产生信号能量信号ST及噪声能量信号NT，其中NTPS为正整数；信道增益计算装置，连接于该相位旋转装置，依据该旋转信道估测信号而产生子载波信道增益信号及平均信道增益信号选择平均装置，连接至该能量估测装置及该信道增益计算装置，依据准则信号μ、该信号能量信号ST、该噪声能量信号NT、及该子载波信道增益信号选择并产生平均信号功率集合集合平均噪声功率及平均信道增益集合以及组合及计算装置，连接于该选择平均装置及该信道增益计算装置，依据该准则信号μ、该平均信号功率集合该集合平均噪声功率该平均信道增益集合及该平均信道增益信号以产生估算信号信噪比γμ。F2009101406153C0000011.tif,F2009101406153C0000012.tif,F2009101406153C0000013.tif,F2009101406153C0000014.tif,F2009101406153C0000015.tif,F2009101406153C0000016.tif,F2009101406153C0000017.tif,F2009101406153C0000018.tif,F2009101406153C0000019.tif,F2009101406153C00000110.tif,F2009101406153C00000111.tif,F2009101406153C00000112.tif,F2009101406153C00000113.tif,F2009101406153C00000114.tif,F2009101406153C00000115.tif
2.如权利要求1所述的估算系统，其进一步包含dB值转换装置，连接于该组合及计算装置，以将该估算信号信噪比Y μ转换为dB值。
3.如权利要求2所述的估算系统，其中，该相位旋转装置对QAM符号信号{yi,k}及信道 估测信号{应“}分别旋转负的Z Hi,,角度，而产生该旋转QAM符号信号及该旋转信道估测信号{I玟Λ 1}
4.如权利要求3所述的估算系统，其中，该旋转QAM符号信号河用下列公式表示 该旋转信道估测信号|}可用下列公式表示 ,其中，为该旋转QAM符号信号{ ^}的频率域表示方式。
5.如权利要求4所述的估算系统，其中，该每一个子能量估测装置包含关联性能量估 测装置。
6.如权利要求4所述的估算系统，其中，该每一个子能量估测装置包含时间平均能量 估测装置。
7.如权利要求4所述的估算系统，其中，该信道增益计算装置包含 暂存器，储存图帧的数目Nf;第一累加装置，连接至该暂存器及该相位旋转装置，以对该旋转信道估测信号|} 进行累加运算，而产生累加旋转信道估测信号I ^^ I .9第一乘法器，连接至该第一累加装置，以将该累加旋转信道估测信号WeJj^it I相乘，以产生第k个子载波信道增；第一选择装置，连接至该第一乘法器，以选择子载波为传输参数信令或指引信号对应 的信道增益，以产生该子载波信道增益信号^ ;以及第二累加装置，连接至该第一乘法器，对所有的子载波信道增益仏4进行累加运算，而产 生该平均信道增益信号4。
8.如权利要求7所述的估算系统，其中，该第k个子载波信道增益At.可用下列公式表示该平均信道增益信号&可用下列公式表示该子载波信道增益信号巧’可用下列公式表示 其中，It为子载波为传输参数信令或指引信号的索引所组成的集合。
9.如权利要求8所述的估算系统，其中，该选择平均装置包含第三累加装置，连接至该能量估测装置及该第一选择装置，以对该信号能量信号St、该 噪声能量信号Nt、及该子载波信道增益信号P^执行累加运算，而分别产生平均信号功率歹、 平均噪声功率及、及平均信道增益戶；候选者搜索装置，连接至该能量估测装置及该第一选择装置，依据准则信号μ以对该 信号能量信号St、该噪声能量信号Nt、及该子载波信道增益信号Pf执行搜索及选择，而产生 合格子载波索引集合Vu，及该合格子载波索引集合数目Nv;以及第二选择装置，连接至该第三累加装置及该候选者搜索装置，依据该准则信号μ、该 合格子载波索引集合Vli及该合格子载波索引集合数目Νν，以由该平均信号功率^、该平均噪声功率犮、及该平均信道增益P，选择产生平均信号功率集合{瓦。、集合平均噪声功率 {K,}及平均信道增益集合{^f}
10.如权利要求9所述的估算系统，其中，该平均信号功率集合{5}、该集合平均噪声功率 该平均信道增益集合丨声丨丨中的下标m为1至Νν。
11.如权利要求10所述的估算系统，其中，当该准则信号μ为累加(accumulation，Α) 时，该候选者搜索装置输出的该合格子载波索引集合νμ{k|k= 1}。
12.如权利要求11所述的估算系统，其中，当该准则信号μ为全部(overall，0)时， 该候选者搜索装置输出的该合格子载波索引集合Vli为<
13.如权利要求12所述的估算系统，其中，当该准则信号μ为第k个子载波信 道增益&4大于阈值η时，该候选者搜索装置输出的该合格子载波索引集合Vlj为
14.如权利要求13项所述的估算系统，其中，当该准则信号μ为第k个子载波最大信号噪声信噪比时，该候选者搜索装置输出的该合格子载波索引集合νμ为
15.如权利要求14所述的估算系统，其中，当该准则信号μ为第k个子载波最大信号 功率时，该候选者搜索装置输出的该合格子载波索引集合^为
16.如权利要求15所述的估算系统，其中，当该准则信号μ为第k个子载最大波信道 增益时，该候选者搜索装置输出的该合格子载波索引集合为
17.如权利要求16所述的估算系统，其中，该组合及计算装置包含第一计算装置，连接于该选择平均装置及该信道增益计算装置，依据该平均信号功率集合{ξη、该集合平均噪声功率{力丨丨}、及该平均信道增益集合{^η，而产生第一估算信号 噪声；第二计算装置，连接于该选择平均装置及该信道增益计算装置，依据该平均信号功率 集合、该集合平均噪声功率{々Γ}、该平均信道增益集合{gf；}及该平均信道增益信号 Ph，而产生第二估算信号噪声；第三计算装置，连接于该选择平均装置及该信道增益计算装置，依据该平均信号功率 集合{ξη、该集合平均噪声功率{》〗}、该平均信道增益集合丨&'丨及该平均信道增益信号 Ph，而产生第三估算信号噪声；以及第三选择装置，连接至该第一计算装置、该第二计算装置、及该第三计算装置，依据该 准则信号μ，以选择该第一估算信号噪声、该第二估算信号噪声、该第三估算信号噪声，以 输出作为该估算信号信噪比υ μ。
18.如权利要求17所述的估算系统，其中，该第一计算装置依据下列公式以产生该第一估算信号噪声
19.如权利要求18所述的估算系统，其中，该第二计算装置依据下列公式以产生该第二估算信号噪声
20.如权利要求19所述的估算系统，其中，该第三计算装置依据下列公式以产生该第三估算信号噪声
21.如权利要求19所述的估算系统，其中，在AWNG信道时，估算信号信噪比Yu为
全文摘要
本发明提出一种用于多载波系统的信号信噪比的估算系统。本发明提出一种用于多载波系统中基于盲传输参数信令(Transmit parameter signaling，TPS)或指引信号(Pilot signal)的信号信噪比的估算系统。本发明的系统包含相位旋转装置、能量估测装置、信道增益计算装置、选择平均装置、组合及计算装置、及dB值转换装置，通过本发明，无需预先检知传输参数信令或指引信号的内容，即能进行信号信噪比估测，使通讯系统能校准至较佳状况。
文档编号H04B17/00GK101908935SQ20091014061
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者曾俊杰 申请人:凌阳科技股份有限公司