专利名称：噪声能量估算方法及其相关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及噪声能量估算，尤指一种可用来估算正交频分复用(OFDM)系统的信 道状态信息(channel state information)的噪声能量估算方法及噪声能量估算电路。
背景技术：
在接收器系统中，噪声能量的估计是不可或缺的。然而，在正交频分复用的通信系 统中，传统的噪声能量估算方法仍然无法取得精准的噪声能量。另外，由于传统的噪声能量 估算方式在接收到的子载波(subcarrier)为无效(nullified)的子载波时，会大大地低估 了与无效子载波对应的噪声能量，这样一来，不正确的噪声能量将严重地影响到整个正交 频分复用接收器的性能。在传统的正交频分复用系统中，信道状态信息(channel stateinformation)电路 是一种用来估算接收信号中噪声的能量，并依据噪声能量来算出相对应的信道状态信息的 处理电路。举例来说，倘若将存在于第S个符号上的第K个子载波的噪声表示为\t，则噪声 ^t的变异数Var 即可用来代表噪声的能量。如前所述，在通信系统中，噪声能量Var ^it 的精准度会大大地影响到正交频分复用接收器的整体性能。在实际演算中，噪声^可以下 列数学式(1)来求得Ns, = Ysjl-Hs,. DECi^-)
ti^ (1)其中Ys,k表示第S个符号上的第K个子载波的快速傅立叶变换(Fast FourierTransform, (FFT))的输出；应“表示与第S个符号上的第K个子载波对应的估计信道响应；DEC{. }表示一硬式决策式。在于第1式中求出了估计噪声后，相对应的噪声能 量即可被轻易地求出。其中一个最常被用来求出噪声能量的数学演算方式即为无限脉冲响应平均 (infinite impulse response averaging)法，而使用无限脉冲响应平均法来求得的噪声 能量可以下列数学式(2)来加以表示Var Nsk = a . \Nsk\2 +(\-a)· VarNs_、.k 0<α<1(2)
toon] 取得了噪声能量之后，即可依据噪声能量VarX^l以及信道响应应u的平 方来求取相对应的信道状态信息CSIx, =(3)
V^rNsk然而，现在的正交频分复用系统中的接收器仍无法求出精准的信道状态信息，在 正交频分复用接收器接收到无效的子载波时尤其严重。
因此，亟需提供一种准确地噪声能量估算方法及其相关方法，以克服现有技术的 缺点并提升正交频分复用接收器的整体性质。
发明内容
因此，本发明的目的之一即在于提供一种新颖的噪声能量估算方法以及噪声能量 估算电路以解决现有技术的问题并以此改善应用本发明的噪声能量估算电路/方法的正 交频分复用系统的整体效能。根据本发明的一实施例，其揭露一种用以估算正交频分复用系统的一信道状态信 息(channel state information)的噪声能量估算方法。本噪声能量估算方法包含有以下 步骤计算与一当前符号的一特定子载波对应的一估计噪声能量；比较一目标临界值与该 估计噪声能量以产生一比较结果；以及根据该比较结果来调整该估计噪声能量以决定用于 估算该信道状态信息的一最后噪声能量。根据本发明的另一实施例，其揭露一种用以估算正交频分复用系统的一信道状态 信息(channel state information)的噪声能量估算电路。本噪声能量估算电路包含有 一计算电路以及一调整电路。该计算电路用以计算与一当前符号的一特定子载波对应的一 估计噪声能量；而该调整电路，用以比较一目标临界值与该估计噪声能量来产生一比较结 果，以及用以根据该比较结果来调整该估计噪声能量以决定用于估算该信道状态信息的一 最后噪声能量。藉由本发明所提供的实施例，先前技术所遭遇的问题可顺利解决或避免且可获得 技术上的优点或好处。前述是先概略地描述本发明的技术特征与优点以使后续的发明说明 更加易于了解，而本发明额外的技术特征与相关细节描述将于后揭露，并隶属于本发明的 权利要求所主张的范畴。本领域技术人员应可了解本发明所揭露的概念与特定实施例可轻 易地作为实现本发明相同目的的其它架构或流程的修改或设计基础，此外，本领域技术人 员亦可了解这些设计变化均未背离本发明精神与后续权利要求所主张的范畴，故皆属本发 明的涵盖范围。
图1所示为本发明的一正交频分复用接收器的一实施例的方块示意图；图2所示为图1的信道状态信息估算电路的一实施例的方块示意图；图3所示为根据本发明的一第一实施例的一简化后的噪声能量估算方法的流程 图；4图所示为根据本发明的一第二实施例，参考噪声能量、预定常数与估计噪声能量 的关连的示意图。主要组件符号说明100 正交频分复用接收器101 天线105 模拟数字变换器110降频变换器120 循环前缀移除电路
130快速傅立叶变换电路
140均衡器
150硬式决策电路
160解映射器
170信道估算电路
180信道状态信息估算电路
190解码器
200噪声能量估算电路
210计算电路
220调整电路
230信道状态信息产生电路
具体实施例方式在本专利说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领 域普通技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书 及后续的权利要求并不以名称的差异以作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异 以作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的「包含」为一开放式的 用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气 连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气 连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。参见图1，图1所示为本发明的一正交频分复用接收器100的一实施例的方块示 意图。如图1所示，正交频分复用接收器100包含有(但不被限定于)一天线101、一模拟 数字变换器105、一降频变换器110 (其可为一数字降频器)、一循环前缀(cyclic prefix) 移除电路120、一快速傅立叶变换(fast Fourier transform,FFT)电路130、一均衡器(如 一频域均衡器)140、一硬式决策(hard decision)电路150、一解映射器160、一信道估算电 路170、一信道状态信息(channel state information)估算电路180，以及一解码器190。 注意，前述图1的架构仅为说明之用；换句话说，正交频分复用接收器100亦可依据不同的 设计需求而包含有更多的电路组件。在天线101接收了一接收信号后，模拟数字变换器105便将此接收信号由一模拟 形式变换至数字形式。而数字形式的接收信号会再经由降频变换器110处理而降至基频。 基频信号被循环前缀移除电路120处理，将移除其内载有的循环前缀。快速傅立叶变换电 路130耦接于循环前缀移除电路120之后，移除了循环前缀的基频信号在经由快速傅立叶 变换电路130执行了一快速傅立叶变换之后，即由时域变换至频域。为了方便说明起见， 第S个符号的第K个子载波所载有的数据在经由快速傅立叶变换之后可以被表示Ys, k。而 第S个符号的第K个子载波所载有的数据在经由快速傅立叶变换之后，即被传送至均衡器 140(在本实施例中为一频域均衡器)、信道估算电路170，以及信道状态信息估算电路180。 信道估算电路170则估计与第S个符号的第K个子载波对应的快速傅立叶变换输出Ys,k的 信道响应(channel response)，而在接下来的叙述中，信道响应可表示为应^。这样一来，
均衡器140即可依据所求得的信道响应应μ来抵销快速傅立叶变换输出Ys,k中的信道响应，以产生均衡后的信息。
nSjc在本实施例中，硬式决策电路150耦接于均衡器140，硬式决策电路140依据均衡
后的信息^L·来执行一硬式决策运算并因此产生输出信息。信道状态信息估算
电路180耦接至快速傅立叶变换电路130、信道估算电路170以及硬式决策电路150 ；信道 状态信息估算电路180依据快速傅立叶变换的输出Ys,k、由信道估算电路170估计的信道响
应& 以及由硬式决策电路150所产生的硬式决策输来估算出噪声能量，并
nSjt ‘ns,k
依此求出相对应的信道状态信息。而解映射器160在之后的运算中会使用到经由信道状态信息估算电路180算出的 信道状态信息。解映射器160耦接于均衡器140以及信道状态信息估算电路180 ；解映射器
Y^k
160根据前面求出的信道状态信息来对均衡后信息■^一进行解映射。至于解码器190，则耦
tUk
接到解映射器160，以对解映射后的信息进行处理并输出解码后的信息。由于正交频分复用 接收器的架构及其相关操作为本领域技术人员所熟知，且本发明的特征着重在信道状态信 息估算电路180与其所使用的噪声能量估算方法，为了说明简便起见，在此便不对于正交 频分复用接收器的其它电路方块进行赘述。接下来将详细说明信道状态信息估算电路180 与信道状态信息估算方法。参照图1来看图2。图2所示为图1的信道状态信息估算电路180的一实施例的 方块示意图。在本实施例中，信道状态信息估算电路180包含有一噪声能量估算电路200以 及信道状态信息产生电路230 ；而噪声能量估算电路200中还包含有一计算电路210与一 调整电路220。噪声能量估算电路200利用了计算电路210来得到一个估计(estimated) 噪声能量。举例来说，计算电路210可经由前述的公式1来计算出第S个符号的第K个子
载波的噪声以求得一估计噪声^^。倘若在本发明的一实施例中计算电路210采用了前述
的无限脉冲响应平均法来计算噪声能量(噪声““的变异数)，来求出对应于噪声々“的噪 声能量。在这里，经由计算电路210求出的对应于第S个符号的第K个子载波的噪声的变 异数即可被视作下述的估计噪声能量。注意，在现有的正交频分复用接收器中，此估计噪声 能量Var即直接被后续的信道状态信息产生电路230采用以产生一相对应的信道状态 信息。换言之，在传统的作法中，并没有使用任何相关于估计噪声能量的调整机制来取得更 精确的噪声能量。然而，在本发明中，调整电路220会将计算电路210求出的估计噪声能量Var Nsjc 与一目标临界值互相比较以依据前述运算的比较结果来对估计噪声能量的大小做调整以 产生出一最后噪声能量(表示为Var h在本发明的架构之中，随着设计需求的不同， 目标临界值可为一预定常数值，或其可动态地经由若干数学运算来求得。之后，信道状态信 息产生电路230再基于最后噪声能量Var々、来产生对应的信道状态信息。同时参照图1 图2来参阅图3，图3所示为根据本发明的一第一实施例一简化后
6的噪声能量估算方法的流程图。在本第一实施例中，在比较运算中所使用到的目标临界值 为一固定值(一预定常数)。本流程图包含有以下步骤步骤310 计算一接收信号的一估计噪声能量。举例来说，计算出第S个符号的第 K个子载波的噪声的变异数Var Nslc，并将其视作为估计噪声能量。步骤320 将估计噪声能量Var先Λ与一目标临界值做比较以产生一比较结果。在 本实施例中，此目标临界值为依据设计需求而选出的一预定常数。步骤330 根据此比较结果来调整估计噪声能量Var以求出一可用于估算 信道状态信息的最后噪声能量VarX^t。在本实施例中，当比较结果表示估计噪声能量 Var 大于目标临界值时(此时目标临界值为一常数)，则选择估计噪声能量Var Nsje 来当作最后噪声能量Var々；;另一方面，当比较结果显示目标临界值大于估计噪声能量 Var久Λ时，则选择目标临界值来做最后噪声能量Vari^t。而前述流程中求出的最后噪声能量Var々。在后续的信道状态信息产生电路230 的操作中会被视作为一重要的参考值以据此估算出相对应的信道状态信息。说的更具体一 点，信道状态信息是可表示当前信号的可靠度的一种指标。在现有的正交频分复用接收器之中，一旦某些子载波(如无效子载波)的噪声能 量被低估而无法准确地反映出实际的噪声状况，则接收器后端电路的效能将可能因此而大 打折扣。举例来说，解码器190(其可为一前向纠错(forward error correlation,FEC)解 码器)在噪声能量被错误估算时可能会产生无法正确解码的情形。然而，在本发明之中，由 于噪声能量估算电路200可动态地根据前述目标临界值与估计噪声能量Var ““的比较结 果来动态地调整估计噪声能量Var 并产生最后噪声能量Var々％。这样一来，以往由于 噪声能量错估(低估)而产生的问题将可被有效地解决。然而，在本发明的一第二实施例中，调整电路220用来于比较运算中使用的目标 临界值可为一可变的数值，而非第一实施例中的一固定值。在本第二实施例中，目标临界值 可依据若干数学运算来加以取得，在执行比较运算时再依据此动态改变大小的目标临界值 进行比较。举例来说，计算电路210还计算出对应到一特定符号的多个子载波的多个估计 噪声能量的一平均值；在算出前述平均值之后，计算电路210更依据此平均值来求出一个 参考噪声能量。举例来说，在本发明的一实施例中，计算电路210将第(S-I)个符号的多个子载波 的估计噪声能量加总以求出一个加总结果，再依据此加总结果求出一对应到(S-I)个符号 的平均估计噪声能量，依据此平均噪声能量来计算出相对于第S个符号的第K个子载波的 信息的目标临界值。在得到第(S-I)个符号的平均噪声能量之后，计算电路210更将此平均 噪声能量乘上一个预定参数来设定出相对应的参考噪声能量，而其中此预定参数的数值可 随着不同的设计需求而加以调整。这里所说明的数学运算可以下列的数学式来加以表示 其中
表示第(S-I)个符号的平均估计噪声能量。当正交频分复用接收器100 操作于一 8K模式时，此时的FFT_Size为8192 ；若正交频分复用接收器100操作于一 2K模 式时，FFT_Size的大小则为2048。一算出参考噪声能量的简单实施例可表示如下
(5)其中预定参数β为一可根据设计需求而改变的正值常数，^p1表示第(S-I)个 符号的平均估计噪声能量，而参考噪声能量则表示为LB_REL_VarNs。另外，在本发明的某些 实施例中，可将预定参数β设为介于0到1之间，亦即0 < β < 1。在本实施例中，噪声能量估算电路200更依据另一参数来决定出目标临界值。举 例来说，调整电路220更将参考噪声能量LB_REL_VarNs拿来与一预定常数来比较以据此决 定目标临界值。此运算可表示如下LB_VarNs = min {LB_ABS_VarN, LB_REL_VarNj (6)VarN' Sjk = max {LB_VarNs, VarNsjJ(7)其中目标临界值表示为LB_VarNs，预定常数表示为LB_ABS_VarN，而最后噪声能 量表示为Var々'.,..，。详细来说，在数学式(6)与(7)中，调整电路220比较参考噪声能量 LB_REL_VarNs与预定常数LB_ABS_VarN，以选择两者中的最小值来当当作目标临界值LB_ VarNs0数学式(7)则说明了如何根据比较结果来选择性地调整估计噪声能量(以求出最 后噪声能量)。换句话说，由于估计噪声能量VarNs,k有可能被低估，因此调整电路220将目 标临界值设做为一个计算噪声能量时的下界(lower bound)。当调整电路220算出的比较 结果指出了目标临界值LB_VarNs较计算电路210算得的估计噪声能量Var ““来的大，调 整电路220将会把估计噪声能量更新为目标临界值LB_VarNs的数值。(亦即，调整电路将 会选择目标临界值LB_VarNs来当作第S个符号的第K个子载波的最后噪声能量Var. N's,k。 )另一方面，当比较结果显示估计噪声能量VarNs, k大于目标临界值，则调整电 路220将采纳估计噪声能量VarNs, k来当作第S个符号的第K个子载波的最后噪声能量 Var N1slc。为了详细了解前述第2实施例中，参考噪声能量LB_REL_VarNs，预定常数LB_ ABS_VarN与估计噪声能量之间关系，则可参阅图4。总结来说，本发明提供了一种使用了下界(lower bound)概念与比较运算，来更精 准地得到对应到正交频分复用接收器的接收信号的信道状态信息的噪声能量估算方法及 噪声能量估算电路。藉由本发明的可用以估算信道状态信息的计算的噪声能量估算方法， 本发明的接收器因此可拥有更佳的效能。注意，用以计算噪声能量的算法并不被限定于前 述的无限脉冲响应平均法。在本发明的实际应用中，亦可根据不同的设计需求来选用不同 的数学算法。同样地，目标临界值的求得亦不被局限于前述的数学式。前述的相关设计变 化亦遵照本发明的发明精神且隶属于本发明的设计范畴之中。相较于传统的噪声能量估算方法与噪声能量估算电路，本发明提供了当接收信号 对应到无效子载波时仍可求出精确信道状态信息的方法。
此外，本发明的范畴并不受限于上述实施例所揭露的程序、装置、制程、组合、对 象、方法或步骤，而本领域技术人员应可了解，本发明所揭露的程序、装置、制程、组合、对 象、方法或步骤，无论其是现有的或是正在开发的，如果是可以达到和本发明所述的实施例 大致上同样的功能或结果均可为本发明实施例所采用，因此，本发明的保护范围包含了上 述所揭露的程序、装置、制程、组合、对象、方法或步骤。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等价变化与修 饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
一种用以估算正交频分复用系统的一信道状态信息(channel stateinformation)的噪声能量估算方法，包含有计算与一当前符号的一特定子载波对应的一估计噪声能量；比较一目标临界值与该估计噪声能量以产生一比较结果；以及根据该比较结果来调整该估计噪声能量，以决定用于估算该信道状态信息的一最后噪声能量。
2.如权利要求1所述的噪声能量估算方法，其中该目标临界值为一预定常数。
3.如权利要求1所述的噪声能量估算方法，其还包含有根据与一先前(preceeding)符号的多个子载波对应的多个估计噪声能量，来计算与 该当前符号对应的一参考噪声能量，其中该先前符号位于该当前符号之前；以及根据该参考噪声能量以及一预定常数的一比较结果来决定该目标临界值。
4.如权利要求3所述的噪声能量估算方法，其中该参考噪声能量依据该先前符号的该 多个子载波的该多个估计噪声能量的一平均值来决定。
5.如权利要求3所述的噪声能量估算方法，其中该目标临界值为该参考临界值与该预 定常数两者中的最小值。
6.如权利要求1所述的噪声能量估算方法，其中用以估算该信道状态信息的该最后噪 声能量为该估计噪声能量与该目标临界值两者中的最大值。
7.如权利要求1所述的噪声能量估算方法，其中与该当前符号的该特定子载波对应的 该估计噪声能量依据一无限脉冲响应平均(infinite impulseresponse (IIR) averaging) 法来求得。
8.一种用以估算正交频分复用系统的一信道状态信息(channel stateinformation) 的噪声能量估算电路，包含有一计算电路，用以计算与一当前符号的一特定子载波对应的一估计噪声能量；以及一调整电路，用以比较一目标临界值与该估计噪声能量来产生一比较结果，以及根据 该比较结果来调整该估计噪声能量以决定用于估算该信道状态信息的一最后噪声能量。
9.如权利要求8的噪声能量估算电路，其中该目标临界值为一预定常数。
10.如权利要求8所述的噪声能量估算电路，其中该目标临界值的求得包含有根据与一先前符号的多个子载波对应的多个估计噪声能量来计算与该当前符号对应的一参考噪声能量，其中该先前符号位于该当前符号之前；以及比较该参考噪声能量以及一预定常数。
11.如权利要求10所述的噪声能量估算电路，其中该参考噪声能量依据该先前符号的 该多个子载波的该多个估计噪声能量的一平均值来决定。
12.如权利要求10所述的噪声能量估算电路，其中该目标临界值为该参考临界值与该 预定常数两者中的最小值。
13.如权利要求8所述的噪声能量估算电路，其中用以估算该信道状态信息的该最后 噪声能量为该估计噪声能量与该目标临界值两者中的最大值。
14.如权利要求8所述的噪声能量估算电路，其中与该当前符号的该特定子载波对应 的该估计噪声能量依据一无限脉冲响应平均法来求得。
全文摘要
一种可应用于正交频分复用系统的信道状态信息估测的噪声能量估算方法。此噪声能量估算方法包含有计算与一当前符号的一特定子载波对应的一估计噪声能量；比较该估计噪声能量以及一目标临界值以产生一比较结果；以及根据比较结果来调整该估计噪声能量，以据此决定用以估算信道状态信息的一最后噪声能量。
文档编号H04L25/02GK101888350SQ200910141238
公开日2010年11月17日 申请日期2009年5月14日 优先权日2009年5月14日
发明者高国浩 申请人:承景科技股份有限公司