專利名稱：移動(dòng)通信環(huán)境中正交頻分復(fù)用信號(hào)的信噪比測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于正交頻分復(fù)用(OFDM)移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及OFDM通信系統(tǒng)中的信噪比測(cè)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)被普遍認(rèn)為是第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)中不可缺少的技術(shù)。接收機(jī)利用接收信號(hào)信噪比進(jìn)行自適應(yīng)參數(shù)的選擇和動(dòng)態(tài)頻率選擇，因此信噪比測(cè)量是OFDM系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要技術(shù)。
《國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)消費(fèi)電子學(xué)報(bào)》(IEEE Trans.On Communications，Volume 48，no.10，pp.1681-1691，October.2000)發(fā)表了在高斯信道下通信系統(tǒng)信噪比的測(cè)量方法，但是正交頻分復(fù)用系統(tǒng)所處無(wú)線信道為頻率選擇性衰落信道，在頻率選擇性衰落信道中該方法需要精確的信道估計(jì)，因此限制了該方法的應(yīng)用。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明提出一種正交頻分復(fù)用信號(hào)的信噪比測(cè)量方法，可以充分利用室外移動(dòng)環(huán)境下無(wú)線信道的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特性和OFDM系統(tǒng)導(dǎo)頻(Pilot)信號(hào)插入結(jié)構(gòu)，對(duì)頻率選擇性衰落信道環(huán)境下接收信號(hào)的信噪比進(jìn)行估計(jì)，并且估計(jì)性能不受移動(dòng)終端運(yùn)動(dòng)速度的影響。
本發(fā)明移動(dòng)通信環(huán)境中正交頻分復(fù)用信號(hào)的信噪比測(cè)量方法，在發(fā)射端采用均勻梳狀的導(dǎo)頻插入方案，即在每個(gè)OFDM符號(hào)(Symbol)內(nèi)，Pilot等間隔均勻的插在子載波上，相同子載波上發(fā)送的Pilot信號(hào)相同；在接收端對(duì)接收到的OFDM符號(hào)中的Pilot信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)和互相關(guān)運(yùn)算，得到接收信號(hào)總功率和有用信號(hào)功率的估計(jì)值；其特征在于在接收端，對(duì)接收信號(hào)的總功率進(jìn)行估計(jì)和對(duì)接收信號(hào)中有用信號(hào)功率進(jìn)行估計(jì)，包括初始化單元在起始時(shí)刻對(duì)相關(guān)積累寄存器進(jìn)行清零；移位寄存單元提取OFDM符號(hào)中的Pilot信號(hào)保存到接收信號(hào)移位寄存器中；相關(guān)累積單元計(jì)算Pilot信號(hào)的時(shí)域相關(guān)序列值，并將它們累加到相關(guān)累積寄存器中相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中；在對(duì)所有OFDM符號(hào)處理完畢后，相關(guān)平均單元對(duì)相關(guān)累積寄存器中的累積值進(jìn)行平均，得到Pilot信號(hào)的時(shí)域相關(guān)序列估計(jì)值，其中Pilot信號(hào)的時(shí)域自相關(guān)值就是接收信號(hào)的總功率；有用信號(hào)功率估計(jì)單元對(duì)Pilot信號(hào)的時(shí)域互相關(guān)估計(jì)值進(jìn)行插值得到有用信號(hào)的自相關(guān)值，即有用信號(hào)功率；在估計(jì)出接收信號(hào)的總功率和有用信號(hào)功率后，信噪比計(jì)算單元用接收信號(hào)的總功率減去有用信號(hào)功率得到噪聲功率估計(jì)值，用有用信號(hào)功率除以噪聲功率得到接收信號(hào)信噪比的估計(jì)值。
本發(fā)明中，信噪比測(cè)量值的求解原理如下記第i個(gè)OFDM符號(hào)的第j個(gè)Pilot子載波調(diào)制的數(shù)據(jù)為Xi，j，第i個(gè)OFDM符號(hào)的第j個(gè)Pilot子載波上的噪聲為Ni，j，第i個(gè)OFDM符號(hào)的第j個(gè)Pilot子載波的信道因子為Hi，j。在實(shí)際應(yīng)用中，選取步同OFDM符號(hào)同一Pilot子載波上的導(dǎo)頻數(shù)據(jù)值相同，即有Xi，j＝Xi+k，j(1)對(duì)于零均值高斯白噪聲，有E(Ni，j)＝0 (2)由于噪聲與信號(hào)以及噪聲之間的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，有E((Xi,jHi,j)Ni+k,j*)=E(Xi,jHi,j)E(Ni+k,j*)=0(2)---(3)]]>E((Xi+k,jHi+k,j)Ni,j*)=E(Xi+k,jHi+k,j)E(Ni,j*)=(2)0]]>E(Ni,jNi+k,j*)=E(Ni,j)E(Ni+k,j*)=(2)0---(4)]]>第i個(gè)OFDM符號(hào)和第i+k個(gè)OFDM符號(hào)同一Pilot子載波上的信號(hào)互相關(guān)RX(k)＝E((Xi，jHi，j+Ni，j)(Xi+k，jHi+k，j+Ni+k，j)*)=E((Xi,jHi,j)(Xi+k,jHi+k,j)*)+E(Ni,jNi+k,j*)]]>+E((Xi,jHi,j)Ni+k,j*)+E((Xi+k,jHi+k,j)*Ni,j)]]>=(3)E((Xi,jHi,j)(Xi+k,jHi+k,j)*)+E(Ni,jNi+k,j*)---(5)]]>=(4)E((Xi,jHi,j)(Xi+k,jHi+k,j)*)]]>=(1)|Xi,j|2E(Hi,jHi+k,j*)]]>在室外移動(dòng)無(wú)線通信環(huán)境中，信道因子的互相關(guān)值E(Hi，jHi+k，j*)滿足E(Hi,jHi+k,j*)=J0(2πfdkT)---(6)]]>其中J0()是第一類零階貝塞爾函數(shù)，T是OFDM符號(hào)周期的長(zhǎng)度，fd是由于移動(dòng)終端運(yùn)動(dòng)造成的信道多普勒頻移，fd大小正比于運(yùn)動(dòng)速度。J0()在零點(diǎn)附近可以表示成
J0(x)=1-x24+O(x4)---(7)]]>忽略四階小量O(x4)，得到第i個(gè)OFDM符號(hào)和第i+k個(gè)OFDM符號(hào)同一Pilot子載波上的信號(hào)互相關(guān)值在零點(diǎn)附近滿足的方程RX(k)=(5)ak2+b---(8)]]>k＝1，2時(shí)RX(1)=a+bRX(2)=4a+b---(9)]]>解方程組(9)，得到接收信號(hào)中有用信號(hào)功率RX(0)=b=RX(1)+RX(1)-RX(2)3---(10)]]>OFDM符號(hào)Pilot子載波上的信號(hào)自相關(guān)等于接收信號(hào)總功率，即有用信號(hào)功率和噪聲功率之和RY＝E((Xi，jHi，j+Ni，j)(Xi，jHi，j+Ni，j)*)=E((Xi,jHi,j)(Xi,jHi,j)*)+E(Ni,jNi,j*)+E((Xi,jHi,j)Ni,j*)+E((Xi,jHi,j)*Ni,j)---(11)]]>=E((Xi,jHi,j)(Xi,jHi,j)*)+E(Ni,jNi,j*)]]>則信噪比測(cè)量值為SNR＝RX(0)/(RY-RX(0)) (12)與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由于本發(fā)明利用Pilot信號(hào)估計(jì)信號(hào)功率和噪聲功率，因此不需要精確的信道估計(jì)信息；由于本發(fā)明利用Pilot信號(hào)的一二階互相關(guān)值的插值對(duì)有用信號(hào)的功率進(jìn)行估計(jì)，因此估計(jì)性能不受多普勒頻偏的影響。在不同的多普勒頻偏情況下，本發(fā)明都能得到比較準(zhǔn)確的信噪比估計(jì)值，并且測(cè)量值基本和多普勒頻偏無(wú)關(guān)；由于多普勒頻偏的大小正比于運(yùn)動(dòng)速度，因而本發(fā)明對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)速度和信噪比都能得到準(zhǔn)確一致的估計(jì)結(jié)果。


附圖1為本發(fā)明的OFDM信噪比測(cè)量方法的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖。
附圖2為信噪比測(cè)量值的性能仿真對(duì)比曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合

本方法的實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例系統(tǒng)使用的OFDM信元長(zhǎng)度為2048，循環(huán)前綴長(zhǎng)為256，Pilot長(zhǎng)為256，間隔8的插在子載波上。信道采用COST207六徑模型，最大多徑時(shí)延為10us，六徑在0～10us內(nèi)等間隔分布，各徑的功率譜密度滿足通常的Jakes模型，所加噪聲為零均值的加性高斯白噪聲。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)框圖如附圖1所示，它由8個(gè)模塊構(gòu)成。其中，模塊1完成初始化功能；模塊2用于保存接收到的Pilot信號(hào)；模塊3和模塊5是分支跳轉(zhuǎn)模塊；模塊4完成Pilot信號(hào)的自相關(guān)及互相關(guān)運(yùn)算；模塊6完成相關(guān)平均功能；模塊7完成插值功能；模塊8完成信噪比計(jì)算功能。
附圖1中各個(gè)模塊按連接順序依次執(zhí)行，它的工作流程如下在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，模塊1將相關(guān)累積寄存器清空；相關(guān)累積寄存器包括3個(gè)存儲(chǔ)單元，分別用于保存Pilot信號(hào)的自相關(guān)累積值和一階二階互相關(guān)累積值；在模塊1完成系統(tǒng)初始化之后，其余各模塊開始工作；首先，模塊2將接收到的Pilot信號(hào)存入接收信號(hào)移位寄存器；接收信號(hào)移位寄存器的每個(gè)存儲(chǔ)單元保存一個(gè)OFDM符號(hào)的Pilot信號(hào)，它的工作原理如下每次移位操作使前一個(gè)存儲(chǔ)單元的Pilot信號(hào)順次移到下一個(gè)存儲(chǔ)單元；移位操作的結(jié)果是最后一個(gè)存儲(chǔ)單元的Pilot信號(hào)被移出接收信號(hào)移位寄存器，新接收到的OFDM符號(hào)的Pilot信號(hào)被保存到第一個(gè)存儲(chǔ)單元；本發(fā)明中使用的接收信號(hào)移位寄存器包含3個(gè)存儲(chǔ)單元，可以存儲(chǔ)3個(gè)連續(xù)的OFDM符號(hào)的Pilot信號(hào)；模塊3判斷接收信號(hào)移位寄存器是否已經(jīng)填滿，如果已經(jīng)填滿向下執(zhí)行模塊4的操作，如果沒(méi)填滿返回模塊2；模塊4用接收信號(hào)移位寄存器中第一個(gè)存儲(chǔ)單元中的Pilot信號(hào)和本身以及其它兩個(gè)存儲(chǔ)單元中的Pilot信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，求出Pilot信號(hào)的自相關(guān)值和一階二階互相關(guān)值，將它們累加到相關(guān)積累寄存器相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中；模塊5判斷是否所有的OFDM符號(hào)處理完畢，如果不是，則轉(zhuǎn)到模塊1，重復(fù)上述過(guò)程，繼續(xù)處理下一個(gè)OFDM符號(hào)的Pilot信號(hào)，否則，轉(zhuǎn)到模塊6；模塊6對(duì)相關(guān)積累寄存器中的自相關(guān)累積值和互相關(guān)累積值求平均，其中自相關(guān)累積值的平均值表示信號(hào)的總功率；將互相關(guān)累計(jì)值的平均值送入到模塊7；模塊7利用公式(10)求出有用信號(hào)的功率；模塊8利用模塊6得到的信號(hào)總功率與模塊7得到的有用信號(hào)的功率，將有用信號(hào)的功率除以信號(hào)總功率與有用信號(hào)的功率的差，所得的商即為信噪比的估值。
附圖2為在COST207六徑信道模型下，最大多普勒頻偏為50Hz，250Hz，500Hz時(shí)信噪比測(cè)量值的對(duì)比圖。圖中橫軸為實(shí)際接收信號(hào)信噪比，縱軸為本發(fā)明信噪比測(cè)量方法得到的信噪比測(cè)量值。比較附圖2中不同最大多普勒頻偏為50Hz，250Hz，500Hz情況下的3條信噪比曲線a、b、c，以及每條曲線真實(shí)值和測(cè)量值之間的關(guān)系，可以總結(jié)出附圖2的特征1.在真實(shí)信噪比從5dB到20dB的范圍內(nèi)，信噪比測(cè)量值同真實(shí)值比較吻合；2.在真實(shí)信噪比相同時(shí)，不同多普勒頻偏情況下得到的各個(gè)測(cè)量值之間差別很小。
附圖2的特征表明在不同的多普勒頻偏情況下，本發(fā)明都能得到比較準(zhǔn)確的信噪比估計(jì)值，并且測(cè)量值基本和多普勒頻偏基本無(wú)關(guān)；由于多普勒頻偏的大小正比于運(yùn)動(dòng)速度，因而本發(fā)明對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)速度和信噪比都能得到準(zhǔn)確一致的估計(jì)結(jié)果。
由于本發(fā)明能夠充分利用信道時(shí)域的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特性，不需要精確的信道估計(jì)信息，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的信噪比測(cè)量；本發(fā)明的信噪比估計(jì)方法對(duì)接收信號(hào)OFDM信號(hào)中的Pilot信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)處理，求出接收信號(hào)的總功率；對(duì)Pilot信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理，再插值得到接收信號(hào)中有用信號(hào)的功率，進(jìn)而求出接收信號(hào)的信噪比；它不需要使用信道估計(jì)信息，并且在各種多普勒頻偏情況下，測(cè)量值變化較小，因而適用于室外移動(dòng)無(wú)線通信環(huán)境中的信噪比測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)通信環(huán)境中正交頻分復(fù)用信號(hào)的信噪比測(cè)量方法，在發(fā)射端采用均勻梳狀的導(dǎo)頻插入方案，即在每個(gè)正交頻分符號(hào)內(nèi)，導(dǎo)頻信號(hào)等間隔均勻的插在子載波上，相同子載波上發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)相同；在接收端對(duì)接收到的正交頻分符號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)和互相關(guān)運(yùn)算，得到接收信號(hào)總功率和有用信號(hào)功率的估計(jì)值；其特征在于在接收端，對(duì)接收信號(hào)的總功率進(jìn)行估計(jì)和對(duì)接收信號(hào)中有用信號(hào)功率進(jìn)行估計(jì)，包括初始化單元在起始時(shí)刻對(duì)相關(guān)積累寄存器進(jìn)行清零；移位寄存單元提取正交頻分復(fù)用符號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)保存到接收信號(hào)移位寄存器中；相關(guān)累積單元計(jì)算導(dǎo)頻信號(hào)的時(shí)域相關(guān)序列值，并將它們累加到相應(yīng)的相關(guān)累積寄存器中；在對(duì)所有正交頻分復(fù)用符號(hào)處理完畢后，相關(guān)平均單元對(duì)相關(guān)累積寄存器中的累積值進(jìn)行平均，得到導(dǎo)頻信號(hào)的時(shí)域相關(guān)序列估計(jì)值，其中導(dǎo)頻信號(hào)的時(shí)域自相關(guān)值就是接收信號(hào)的總功率；有用信號(hào)功率估計(jì)單元對(duì)導(dǎo)頻信號(hào)的時(shí)域互相關(guān)估計(jì)值進(jìn)行插值得到有用信號(hào)的自相關(guān)值，即有用信號(hào)功率；在估計(jì)出接收信號(hào)的總功率和有用信號(hào)功率后，信噪比計(jì)算單元用接收信號(hào)的總功率減去有用信號(hào)功率計(jì)算出噪聲功率，用有用信號(hào)功率除以噪聲功率得到接收信號(hào)信噪比的估計(jì)值。
全文摘要
本發(fā)明移動(dòng)通信環(huán)境中正交頻分復(fù)用信號(hào)的信噪比測(cè)量方法，特征是在接收端對(duì)正交頻分復(fù)用信號(hào)中的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)和互相關(guān)處理，估計(jì)出接收信號(hào)功率和接收信號(hào)中有用信號(hào)的功率，進(jìn)而估計(jì)出接收信號(hào)信噪比。本發(fā)明的信噪比測(cè)量方法利用信道的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特性，不需要精確的信道估計(jì)信息反饋，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效的信噪比測(cè)量；在接收端利用插值的辦法估計(jì)有用信號(hào)功率，對(duì)各種運(yùn)動(dòng)速度下的移動(dòng)終端都能得到比較好信噪比估計(jì)結(jié)果。
文檔編號(hào)H04L25/03GK1753396SQ20041006475
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者徐慧琳, 彭晶波, 衛(wèi)國(guó), 朱近康 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)