專利名稱:一種正交振幅調(diào)制方式下的信噪比估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種數(shù)字通信系統(tǒng)中的信號處理方法,更具體地說,涉及一種正交振幅調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation)方式下的信噪比(Signal to Noise Ratio)估計(jì)方法,應(yīng)用本發(fā)明中的方法,能夠在當(dāng)通信鏈路中使用正交振幅調(diào)制時(shí),簡單而準(zhǔn)確的估計(jì)出通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比。
背景技術(shù):
隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展,高速、穩(wěn)定、隨時(shí)隨地進(jìn)行通信的需求日益增強(qiáng),第三代移動(dòng)通信技術(shù)作為繼第一代與第二代移動(dòng)通信技術(shù)之后的演進(jìn)技術(shù),旨在提供高速、穩(wěn)定、大容量的移動(dòng)通信系統(tǒng)解決方案,從而在滿足隨時(shí)隨地語音通信需求的同時(shí),還能提供數(shù)據(jù)、視頻和圖像等多媒體業(yè)務(wù)的高質(zhì)量通信服務(wù)。
由此在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中,提出了自適應(yīng)調(diào)制編碼(Adaptive Modulation and Coding)、混合自動(dòng)重復(fù)(Hybrid Automatic Repeat on Request)、多天線發(fā)射和多天線接收(Multiple Input MultipleOutput)等一系列的技術(shù)以支持高速率的數(shù)據(jù)傳輸,其中,自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)指無線發(fā)射機(jī)根據(jù)當(dāng)前無線信道的狀態(tài)參量信息,自適應(yīng)的選取不同的調(diào)制方式與信道編碼當(dāng)無線信道處于衰落狀態(tài),即信道傳輸質(zhì)量較差時(shí),發(fā)射機(jī)將選取更堅(jiān)韌(Robust)的調(diào)制方式與信道編碼,即較低階的調(diào)制方式與糾錯(cuò)能力較強(qiáng)、編碼效率較低的信道編碼,以抵抗信道衰落對于通信過程所產(chǎn)生的不良影響;當(dāng)無線信道處于增強(qiáng)狀態(tài),即信道傳輸質(zhì)量較好時(shí),發(fā)射機(jī)將選取更高效的調(diào)制方式與信道編碼,即更高階的調(diào)制方式與糾錯(cuò)能力較弱、編碼效率較高的信道編碼,以提高通信系統(tǒng)的頻譜資源利用率。通過無線發(fā)射機(jī)自適應(yīng)的調(diào)整調(diào)制方式與信道編碼,充分利用了當(dāng)前無線信道的狀態(tài)參量特征,以適應(yīng)無線信道的漲落狀態(tài)變化,可使通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率(Throughput)達(dá)到最大。
基于自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)的上述特點(diǎn),能否準(zhǔn)確的獲得當(dāng)前無線信道的狀態(tài)參量信息,從而選擇與之相適應(yīng)的調(diào)制方式與信道編碼是決定自適應(yīng)調(diào)制編碼性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比是一個(gè)常用的信道狀態(tài)參量,可以反映當(dāng)前信道的傳輸質(zhì)量。當(dāng)無線信道處于衰落狀態(tài)時(shí),通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比較低,相應(yīng)的在當(dāng)前這段時(shí)間內(nèi)信道的傳輸質(zhì)量較差;當(dāng)無線信道處于增強(qiáng)狀態(tài)時(shí),通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比較高,相應(yīng)的在當(dāng)前這段時(shí)間內(nèi)信道的傳輸質(zhì)量較高。因此在使用自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)時(shí),無線發(fā)射機(jī)可以根據(jù)通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比來得知無線信道的漲落狀態(tài),從而自適應(yīng)的調(diào)整調(diào)制方式與信道編碼。
在現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)中,正交振幅調(diào)制因其高效的頻譜資源利用率而獲得了越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。正交振幅調(diào)制信號s(t)可以表示為s(t)=akcos2πfct+bksin2πfct,k=1,2,…,K,其中ak為正交振幅調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量,bk為正交振幅調(diào)制信號星座點(diǎn)的正交分量,K為調(diào)制信號星座點(diǎn)的個(gè)數(shù),即正交振幅調(diào)制的階數(shù),fc為載波頻率。16QAM調(diào)制指調(diào)制信號星座點(diǎn)個(gè)數(shù)K為16的正交振幅調(diào)制。在現(xiàn)有的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中,16QAM調(diào)制是自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)中定義的調(diào)制方式的一種。因此在當(dāng)通信鏈路中采用16QAM調(diào)制方式時(shí),如上所述,如何獲取通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比是一個(gè)需要解決的技術(shù)問題。
對于第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)更詳細(xì)的描述請參見文檔3GPP TS25.213、3GPP TS 25.223、3GPP TR 25.855、3GPP TR 25.858和3GPP TR 25.950(3GPP網(wǎng)站www.3gpp.org中提供文檔的下載)。
(三)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了解決上述在當(dāng)通信鏈路中采用正交振幅調(diào)制方式時(shí),如何獲取通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比的問題,提供一種正交振幅調(diào)制方式下的信噪比估計(jì)方法,能夠在當(dāng)通信鏈路中使用正交振幅調(diào)制方式時(shí),簡單而準(zhǔn)確的估計(jì)出通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比。
上述的發(fā)明目的是由本發(fā)明的以下方法實(shí)現(xiàn)的一種正交振幅調(diào)制方式下的信噪比估計(jì)方法,其中通信鏈路中使用正交振幅調(diào)制,正交振幅調(diào)制信號星座點(diǎn)為Ak,Ak=ak+jbk,k=1,2,…,K,ak為調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量,bk為調(diào)制信號星座點(diǎn)的正交分量,K為調(diào)制信號星座點(diǎn)的個(gè)數(shù),各調(diào)制信號星座點(diǎn)的出現(xiàn)概率相等且獨(dú)立;接收機(jī)端解調(diào)后的信號為Dm,Dm=Im+jQm,m=1,2,L,Im為解調(diào)信號的同相分量,Qm為解調(diào)信號的正交分量,m為解調(diào)信號的序號,其特征在于截取一段解調(diào)信號序列m=i,i+1,…,i+M-1,M≥1,根據(jù)截取的此段解調(diào)信號序列進(jìn)行信噪比估計(jì),包括步驟如下a.估計(jì)解調(diào)信號功率PS和噪聲功率Pn計(jì)算調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量的平方和的平均值,與調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方,兩個(gè)值之間的比例系數(shù)C,C=1KΣk=1K(ak2+bk2)[12KΣk=1K(|ak|+|bk|)]2;]]>計(jì)算解調(diào)信號同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方D2,D2=[12MΣm=ii+M-1(|Im|+|Qm|)]2;]]>估計(jì)解調(diào)信號功率PS,PS=C·D2;利用最大似然準(zhǔn)則(Maximum Likelihood Criterion)即最小歐氏距離準(zhǔn)則(Minimum Euclidean Distance)對解調(diào)信號進(jìn)行判決,判決信號星座點(diǎn)為Am′,Am′=am′+jbm′=mink=1,2,···k(|Dm-Ak|2),m=i,i+1,···,i+M-1,am′]]>為判決信號星座點(diǎn)的同相分量,bm′為判決信號星座點(diǎn)的正交分量;估計(jì)噪聲功率Pn,Pn=1MΣm=ii+M-1|Dm-Am′|2;]]>b.估計(jì)信噪比SNRest∶SNRest=PSPn;]]>
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,其特征在于所述方法適用的數(shù)字通信系統(tǒng)為使用正交振幅調(diào)制的數(shù)字通信系統(tǒng)中的任何一種。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面,其特征在于所述通信鏈路中采用16QAM調(diào)制方式。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面,其特征在于所述調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量的平方和的平均值,與調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方,兩個(gè)值之間的比例系數(shù)C等于2.5。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面,其特征在于所述截取的解調(diào)信號序列長度為44個(gè)16QAM調(diào)制符號,即M=44。
根據(jù)本發(fā)明的還一個(gè)方面,其特征在于所述通信鏈路中的噪聲為加性白高斯噪聲(Additive WhiteGaussian Noise)。
本發(fā)明的目的及特征將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明,這些實(shí)施例是說明性的,不具有限制性。
圖1表示16QAM調(diào)制方式下的調(diào)制信號星座圖,圖中標(biāo)注的括號中的數(shù)字表示調(diào)制信號星座點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)值,即調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量值和正交分量值。
圖2表示使用本發(fā)明的方法,所得的信噪比估計(jì)值SNRest與設(shè)定的信噪比參考值的比較圖。
具體實(shí)施方式
圖1和圖2表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
在數(shù)字通信系統(tǒng)中,當(dāng)通信鏈路中使用16QAM調(diào)制方式時(shí),16QAM調(diào)制信號星座點(diǎn)為Ak,Ak=ak+jbk,k=1,2,…,16,ak為調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量,bk為調(diào)制信號星座點(diǎn)的正交分量,K為調(diào)制信號星座點(diǎn)的個(gè)數(shù),ak∈{1,-1,3,-3},bk∈{1,-1,3,-3},如圖1所示,圖中標(biāo)注的括號中的數(shù)字表示調(diào)制信號星座點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)值,即調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量值和正交分量值,各調(diào)制信號星座點(diǎn)的出現(xiàn)概率相等且獨(dú)立;在接收機(jī)端,為了獲取通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比,對經(jīng)過信道傳輸后的接收信號進(jìn)行解調(diào),解調(diào)后的信號為Dm,Dm=Im+jQm,m=1,2,…,Im為解調(diào)信號的同相分量,Qm為解調(diào)信號的正交分量,m為解調(diào)信號的序號;截取一段解調(diào)信號序列m=i,i+1,…,i+M-1,M=44,根據(jù)此段解調(diào)信號序列進(jìn)行信噪比估計(jì),包括步驟如下1.估計(jì)解調(diào)信號功率PS和噪聲功率Pn計(jì)算調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量的平方和的平均值,與調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方,兩個(gè)值之間的比例系數(shù)C,C=116Σk=116(ak2+bk2)[132Σk=116(|ak|+|bk|)]2=116(16×32+16×12)[132(16×3+16×1)]2=2.5;]]>計(jì)算解調(diào)信號同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方D2,D2=[188Σm=ii+43(|Im|+|Qm|)]2;]]>估計(jì)解調(diào)信號功率PS,PS=2.5·D2;利用最大似然準(zhǔn)則對解調(diào)信號進(jìn)行判決,判決信號星座點(diǎn)為Am′,Am′=am′+jbm′=mink=1,2,···16(|Dm-Ak|2),]]>m=i,i+1,L,i+43,am′為判決信號星座點(diǎn)的同相分量,bm′為判決信號星座點(diǎn)的正交分量;估計(jì)噪聲功率Pn,Pn=144Σm=ii+43|Dm-Am′|2;]]>2.估計(jì)信噪比SNRest∶信噪比SNRest=PSPn;]]>
為了檢驗(yàn)使用本發(fā)明的方法,進(jìn)行信噪比估計(jì)的性能,對上述使用16QAM調(diào)制方式的通信鏈路進(jìn)行仿真,通過在仿真中設(shè)定不同的加性白高斯噪聲功率或改變發(fā)射信號的功率來改變通信鏈路中的信噪比,然后按照上述實(shí)施例中的計(jì)算步驟進(jìn)行信噪比估計(jì);將所得的信噪比估計(jì)值SNRest與仿真中設(shè)定的信噪比參考值進(jìn)行比較,并取點(diǎn)繪制曲線,如圖2所示,圖中橫坐標(biāo)表示仿真中設(shè)定的信噪比值,圖中縱坐標(biāo)表示信噪比的估計(jì)值SNRest;以仿真中設(shè)定的信噪比值作為參考,即假定信噪比估計(jì)值即是仿真中設(shè)定的信噪比值,如圖中的藍(lán)色曲線所示,在仿真中設(shè)定的信噪比之下,使用上述實(shí)施例中的計(jì)算步驟所得的信噪比估計(jì)值SNRest如圖中的紅色曲線所示;比較圖中的兩條曲線可以看出,使用上述實(shí)施例中的信噪比估計(jì)方法所得的信噪比估計(jì)值SNRest與仿真中設(shè)定的信噪比值基本吻合。
通過增長進(jìn)行信噪比估計(jì)時(shí)截取的解調(diào)信號序列的長度,即增大M值,增加了信噪比估計(jì)計(jì)算過程中的平均時(shí)間,或者通過一些現(xiàn)有的濾波技術(shù),對所得的信噪比估計(jì)值SNRest進(jìn)行進(jìn)一步修訂,能夠進(jìn)一步改進(jìn)所述信噪比估計(jì)方法的性能。
因而,使用本發(fā)明的方法,能夠在當(dāng)通信鏈路中使用正交振幅調(diào)制方式時(shí),簡單而準(zhǔn)確的估計(jì)出通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比,從而得知在當(dāng)前這段時(shí)間內(nèi)信道的傳輸質(zhì)量,由此在使用自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)時(shí),無線發(fā)射機(jī)可以根據(jù)所得到的通信鏈路當(dāng)前狀態(tài)下的信噪比來自適應(yīng)的調(diào)整調(diào)制方式與信道編碼,以使通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)到最大。
權(quán)利要求
1.一種正交振幅調(diào)制方式下的信噪比估計(jì)方法,其中通信鏈路中使用正交振幅調(diào)制,正交振幅調(diào)制信號星座點(diǎn)為Ak,Ak=ak+jbk,k=1,2,…,K,ak為調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量,bk為調(diào)制信號星座點(diǎn)的正交分量,K為調(diào)制信號星座點(diǎn)的個(gè)數(shù),各調(diào)制信號星座點(diǎn)的出現(xiàn)概率相等且獨(dú)立;接收機(jī)端解調(diào)后的信號為Dm,Dm=Im+jQm,m=1,2,…,Im為解調(diào)信號的同相分量,Qm為解調(diào)信號的正交分量,m為解調(diào)信號的序號,其特征在于截取一段解調(diào)信號序列m=i,i+1,…,i+M-1,M≥1,根據(jù)截取的此段解調(diào)信號序列進(jìn)行信噪比估計(jì),包括步驟如下a.估計(jì)解調(diào)信號功率PS和噪聲功率Pn計(jì)算調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量的平方和的平均值,與調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方,兩個(gè)值之間的比例系數(shù)C,C=1KΣk=1K(ak2+bk2)[12KΣk=1K(|ak|+|bk|)]2;]]>計(jì)算解調(diào)信號同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方D2,D2=[12MΣm=ii+M-1(|Im|+|Qm|)]2;]]>估計(jì)解調(diào)信號功率PS,PS=C·D2;利用最大似然準(zhǔn)則對解調(diào)信號進(jìn)行判決,判決信號星座點(diǎn)為Am′,Am′=am′+jbm′=mink=1,2,···K(|Dm-Ak|2),]]>m=i,i+1,…,i+M-1,am′為判決信號星座點(diǎn)的同相分量,bm′為判決信號星座點(diǎn)的正交分量;估計(jì)噪聲功率Pn,Pn=1MΣm=ii+M-1|Dm-Am′|2;]]>b.估計(jì)信噪比SNRestSNRest=PSPn;]]>
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述方法適用的數(shù)字通信系統(tǒng)為使用正交振幅調(diào)制的數(shù)字通信系統(tǒng)中的任何一種。
3.如權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于所述通信鏈路中采用16QAM調(diào)制方式。
4.如權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于所述調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量的平方和的平均值,與調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方,兩個(gè)值之間的比例系數(shù)C等于2.5。
5.如權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于所述截取的解調(diào)信號序列長度為44個(gè)16QAM調(diào)制符號,即M=44。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的方法,其特征在于所述通信鏈路中的噪聲為加性白高斯噪聲。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種正交振幅調(diào)制方式下的信噪比估計(jì)方法,通信鏈路中使用正交振幅調(diào)制,選取一段解調(diào)信號序列進(jìn)行信噪比估計(jì)計(jì)算調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量的平方和的平均值,與調(diào)制信號星座點(diǎn)的同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方,兩個(gè)值之間的比例系數(shù)C;計(jì)算解調(diào)信號同相分量與正交分量絕對值之和的平均值的平方D
文檔編號H04L27/34GK1661996SQ200410006350
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者宋健霞, 陽建軍, 白倫博, 許榮濤, 宋愛慧 申請人:西門子(中國)有限公司