CN100574305C - 多载波系统中基于星座图映射的信噪比估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多载波系统中基于星座图映射的信噪比估计方法及装置。该方法包括：根据信道均衡后的数据信息进行QAM映射，得到数据信息在星座图上的理想位置(QAM_out)；计算信道均衡后的数据信息在星座图上对应点的第一函数值(YH_QAM)，和第二函数值(HH)；第一函数以信道信息(H)、理想位置(QAM_out)和信道均衡前的数据信息(Y)为因子，第二函数以信道信息(H)为因子，第一函数和第二函数构成对应点相对理想位置的偏差距离(Dist)；对所述对应点的第一函数值和第二函数值分别累加；利用累加后的第一函数值和第二函数值，计算信噪比(SNR)。

Description

多载波系统中基于星座图映射的信噪比估计方法及装置

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，具体涉及一种多载波接收机系统中基于星座图映射的信噪比(SNR)估计方法及装置。

背景技术

在多载波系统的接收机中，往往需要利用接收信号来对信号传输的质量即信噪比(SNR)进行估计。传统的估计方法主要分为下面两大类：

1)利用多载波频谱中的无用子载波来估计。

在例如OFDM等多载波系统中，为了有效的保护有用子载波信息的传输，发射端在有用数据频谱的两侧插入了保护子载波，幅度为0；在接收端可以利用接收到的这些无用子载波的信息来进行SNR估计。美国专利号US6 4566 53 B1的文献给出了基于无用子载波估计SNR的方法。此方法的估计精度很大程度上取决于OFDM无用频谱的受干扰程度。而这在实际情况下往往很难保证其不受前端模拟或者临频信号的干扰。因此估计的精度会受到很大程度上的制约。

2)利用多载波频谱上有用子载波的数据信息来估计。

一种方法是利用频谱中插入的导频信息。接收端从频谱中提取导频信号与参考导频值进行比较，得到导频差值。利用这个差值就可以估计信道的SNR值。中国专利申请公开号CN1753396A的专利文献给出了基于导频的SNR估计方法。此方法实现比较简单，但只有当频谱中存在导频信号时才能使用，而且导频数量一般比较少，因此估计的误差比较大。

另一种方法是使用频谱中的数据信息。将接收到的调制信号进行最大似然的判决，得到发射信号的位置。然后通过比较判决后信号和接收信号得到信道的SNR值。美国专利申请公开号US2006/0140312 A1的专利文献给出了基于OFDM数据信息的SNR估计方法。此方法可以实现对SNR的盲估计，在AWGN等信道下估计精度比较高。但是无法保证在存在多径延时以及多普勒频移等恶劣信道下SNR估计的精确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的多载波系统的SNR估计方法，大大提高SNR估计精度和信道适用范围。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了多载波系统中基于星座图映射的信噪比估计方法，该方法包括：根据信道均衡后的数据信息进行QAM映射，得到数据信息在星座图上的理想位置；计算信道均衡后的数据信息在星座图上对应点的第一函数值，和第二函数值；第一函数以信道信息、理想位置和信道均衡前的数据信息为因子，第二函数以信道信息为因子，第一函数和第二函数构成对应点相对理想位置的偏差距离；对所述对应点的第一函数值和第二函数值分别累加；利用累加后的第一函数值和第二函数值，计算信噪比。

本发明在第二方面提供了多载波系统中基于星座图映射进行信噪比估计的装置，它包括：QAM映射模块，根据信道均衡后的数据信息进行QAM映射，得到数据信息在星座图上的理想位置；偏差距离参数计算模块，计算信道均衡后的数据信息在星座图上对应点的第一函数值，和第二函数值；第一函数以信道信息、理想位置和信道均衡前的数据信息为因子，第二函数以信道信息为因子，第一函数和第二函数构成对应点相对理想位置的偏差距离；累加处理模块，对所述对应点的第一函数值和第二函数值分别累加，利用累加后的第一函数值和第二函数值，计算信噪比。

本发明的SNR估计引入均衡前的数据信息和信道估计的信道信息，通过相应的运算有效减小了信道对估计结果的影响，从而可以保证了在存在多径延时以及多普勒频移等恶劣信道下SNR估计的精确性。同时，本发明可以消除传统SNR估计方法需要用到的除法运算，因此，耗费硬件资源少，硬件实现电路简单。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的DVB-T接收系统流程图；

图2是在AWGN信道下硬判决后的星座图映射示意图；

图3是在Rayleigh信道下硬判决后的星座图映射示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个实施例的DVB-T接收系统流程图。

如图1所示，在本发明的一个实施例的DVB-T接收系统中包括RF下变频模块1、时域同步模块2、OFDM解调模块3、信道均衡模块4、QAM解映射模块5、解交织模块6、信道译码器7、QAM映射模块8、偏差距离参数计算模块9、累加处理模块10。

在DVB-T的RF下变频模块1将空中的信号进行下变频，得到中频时域信号。然后，时域同步模块2根据OFDM信号的保护间隔特点进行同步得到时域开窗位置。OFDM解调模块3将输入的时域信号去除保护间隔进行FFT运算转换到频域，输出数据信息Y。信道均衡模块4利用频域数据中的导频信号进行信道估计得到传输信道的信息H，并进行信道均衡去除信道的影响得到均衡后的数据信息

然后，QAM解映射模块5根据信道均衡的数据和信道信息解映射得到对应比特的软信息。之后经过解交织模块6解交织。信道译码器7对软信息进行译码得到输出的信息流。

本发明提出的SNR估计方法利用QAM解映射模块5输出软比特信息，软比特信息经过QAM映射模块8，进行硬判决和QAM映射得到数据信息在星座图上的理想位置QAM_out。然后综合信道均衡模块4得到的信道信息H和OFDM解调模块3得出的数据信息Y，利用偏差距离参数计算模块9计算信道均衡后的数据信息在星座图上对应点的第一函数值，和第二函数值。最后经过累加处理模块10分别对第一函数值和第二函数值进行累加，利用累加后的函数值，计算得到信道中的SNR估计值。

下面对本实施例的具体细节进行详细描述。

QAM映射模块8根据信道均衡后的数据信息进行QAM映射，得到数据信息在星座图上的理想位置(QAM_out)。OFDM系统的QAM解映射模块为提高译码器性能一般都选择输出软比特信息。在一个优选实施方案中，对QAM解映射模块5输出的软比特信息进行硬判决，然后根据发射端的QAM映射规则进行映射得到QAM_out，其对应于均衡后的数据信息在星座图上得理想位置。在另一个例子中，可以利用信道译码器7输出的信息流进行信道编码以及QAM映射得到QAM_out。

偏差距离参数计算模块9用于计算信道均衡后的数据信息在星座图上对应点的第一函数值，和第二函数值。第一函数以信道信息H、理想位置QAM_out和信道均衡前的数据信息Y为因子，第二函数以信道信息为因子。

以下对本发明优选的第一函数和第二函数的推导过程进行描述。

图2是在AWGN信道下硬判决后的星座图映射示意图。从图2可以看出在AWGN信道下均衡后的数据信号受到噪声的影响偏离了原来的理想位置QAM_out。因此只需要计算数据与理想位置的偏离值就可以得到AWGN信道的SNR值，偏差距离的计算公式如下式所示：

Dist＝|Equal_out-QAM_out|²

$\mathrm{Equal}\_\mathrm{out}=\frac{Y}{H}$

此计算公式在AWGN信道下可以准确得到偏差距离。当信道中存在多径延时以及多普勒频移时，上面公式中直接利用均衡之后的数据进行距离的计算，就会产生比较大的误差。图3给出了在Rayleigh信道下的Equal_out和硬判决映射后的QAM_out的星座图。

从图3中可以看到，由于Rayleigh信道的影响，数据星座图与AWGN等信道情况下存在比较大的差别。其中在整个理想星座图周边增加了很多离散的点，这些点主要是由于信道均衡的失真引起的，Rayleigh信道在这些点的位置衰落比较严重，即H的幅度被衰减到很小，在此点信道估计的误差比较大，从而均衡之后的数据与原来理想位置就会产生比较大的偏差。因此，如果还按照上面的公式直接计算距离，误差就会很大，无法正确估计SNR的值。针对此问题，本发明的SNR估计方法将信道信息H引入计算，并利用信道均衡前的数据Y进行距离计算，新的计算方法如下式所示：

$\mathrm{Dist}={|\frac{Y}{H}-\mathrm{QAM}\_\mathrm{out}|}^2$

$={|\frac{{\mathrm{YH}}^{*}}{{\mathrm{HH}}^{*}}-\mathrm{QAM}\_\mathrm{out}|}^2$

$={\left|\frac{{\mathrm{YH}}^{*}-\mathrm{QAM}\_\mathrm{out}{\left|H\right|}^2}{{\left|H\right|}^2}\right|}^2$

令YH_QAM＝|YH^*-QAM_out|H|²|

HH＝|H|²

$\mathrm{Dist}={\left|\frac{\mathrm{YH}\_\mathrm{QAM}}{\mathrm{HH}}\right|}^2$

本实施例中的偏差距离参数计算模块的第一函数值是YH_QAM，第二函数值是HH。第一函数和第二函数构成对应点相对理想位置的偏差距离Dist。

累加处理模块用于对每个对应点的第一函数值和第二函数值分别累加，以及利用累加后的第一函数值和第二函数值，计算信噪比SNR。根据上面新的计算公式可以得到每个对应点的第一函数值YH_QAM和第二函数值HH。在一个优选方案中，对函数值累加之前进行平滑滤波，首先对函数值进行平滑滤波处理减小星座图误判或者突发错误对估计值的影响，然后再将这些结果进行累加提高估计精度。

累加滤波处理的过程如下式所示：

Sum_YH＝Smooth_filter(YH_QAM)

Sum_HH＝Smooth_filter(HH)

其中，Smooth_filter的表达式

$Y\left(n\right)=\mathrm{Smooth}\_\mathrm{filter}\left(X\left(n\right)\right)\⇒Y(n+1)=(1-\mathrm{\α})Y\left(n\right)+\mathrm{\αX}\left(n\right)$

α为平滑系数，α＜1

由于SNR的估计值可以表示成dB值，因此在一个优选方案中，将求Dist的除法运算转化为减法。

SNR_dB＝20log10(Sum_YH)-20log10(Sum_HH)

本发明利用均衡前的数据信息Y和信道估计的H，有效地避免了由于信道均衡造成的SNR估计失真的问题，同时硬件实现电路简单，只需要加减乘法运算，消除了传统一些SNR估计方法种需要用到的除法运算。在我们设计的DVBT系统中就采用了此方法，实现证明，整个SNR估计模块耗费硬件资源很少，同时在不同的信道条件下都能准确的估计出信道的SNR值。

显而易见，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本发明的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。

Claims (13)

1.一种用于多载波系统的信噪比(SNR)估计方法，包括步骤：

根据信道均衡后的数据信息进行QAM映射，得到数据信息在星座图上的理想位置(QAM_out)；

计算信道均衡后的数据信息在星座图上对应点的第一函数值(YH_QAM)，和第二函数值(HH)；第一函数以信道信息(H)、理想位置(QAM_out)和信道均衡前的数据信息(Y)为因子，第二函数以信道信息(H)为因子，第一函数和第二函数构成对应点相对理想位置的偏差距离Dist；所述第一函数是YH_QAM＝|YH^*-QAM_out|H|²|，所述第二函数是HH＝|H|²，这里H是信道信息，Y是信道均衡前的数据信息，QAM_out是信道均衡后数据信息在星座图上的理想位置，YH*中的*代表共轭运算；

对所述对应点的第一函数值和第二函数值分别累加；

用累加后的第一函数值对数减去累加后的第二函数值对数得到信噪比(SNR)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的QAM映射的步骤包括利用多载波系统QAM解映射输出的软比特信息进行硬判决，然后基于该硬判决结果进行QAM映射。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述累加的步骤包括对第一函数值和第二函数值累加之前分别进行平滑滤波。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏差距离 $\mathrm{Dist}={\left|\frac{\mathrm{YH}\_\mathrm{QAM}}{\mathrm{HH}}\right|}^2.$

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述多载波系统是OFDM系统。

6.一种用于多载波系统的信噪比(SNR)估计装置，所述装置包括：

QAM映射模块，根据信道均衡后的数据信息进行QAM映射，得到数据信息在星座图上的理想位置(QAM_out)；

偏差距离参数计算模块，计算信道均衡后的数据信息在星座图上对应点的第一函数值(YH_QAM)，和第二函数值(HH)；第一函数以信道信息(H)、理想位置(QAM_out)和信道均衡前的数据信息(Y)为因子，第二函数以信道信息(H)为因子，第一函数和第二函数构成对应点相对理想位置的偏差距离Di st；所述第一函数是YH_QAM＝|YH^*-QAM_out|H|²|，所述第二函数是HH＝|H|²，这里H是信道信息，Y是信道均衡前的数据信息，QAM_out是信道均衡后数据信息在星座图上的理想位置，YH*中的*代表共轭运算；

累加处理模块，对所述对应点的第一函数值和第二函数值分别累加，并用该累加后的第一函数值对数与该累加后的第二函数值对数做差得到信噪比(SNR)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于包括QAM解映射模块，用于输出软比特信息，所述QAM映射模块利用QAM解映射模块输出的软比特信息进行硬判决，然后根据得到的该硬判决比特进行QAM映射，得到数据信息在星座图上的理想位置(QAM_out)。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于所述累加处理模块对第一函数值和第二函数值累加之前分别进行平滑滤波。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于包括信道均衡模块，用于输出信道信息(H)。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于包括OFDM解调模块，用于输出信道均衡前的数据信息(Y)。

11.如权利要求6所述的装置，其特征在于所述偏差距离 $\mathrm{Dist}={\left|\frac{\mathrm{YH}\_\mathrm{QAM}}{\mathrm{HH}}\right|}^2.$

12.如权利要求6所述的装置，其特征在于所述多载波系统是OFDM系统。

13.一个多载波接收机，包括如权利要求6所述的信噪比(SNR)估计装置。

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