CN101026604B - 正交频分复用系统中的信噪比反馈方法以及装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于正交频分复用(OFDM)系统的信噪比反馈方法，包括：对各信噪比进行加权处理，其中按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重；对经过加权处理后的信噪比进行反馈。本发明还公开了用于OFDM系统的信噪比反馈装置、接收机以及系统。应用本发明后，能够更好地反映不同信噪比对误码率的影响，使反馈控制更加准确，并且可以采用的实施方式非常灵活。

Description

正交频分复用系统中的信噪比反馈方法以及装置和系统

技术领域

本发明涉及正交频分复用(OFDM)技术领域，更具体地说，涉及OFDM系统中的信噪比反馈方法以及装置和系统。

背景技术

OFDM技术具有对抗符号间干扰(ISI)的能力，同时可以提供很高的频谱效率，因此被视为下一代无线移动通信系统最有可能采用的传输技术之一。OFDM技术已经在数字用户环路、数字音频/视频广播、无线局域网和无线城域网等诸多领域得到了广泛应用。在OFDM系统中，一个用户通常分配很多个子载波频率。由于无线信号的多径传播，接收信号具有频率选择性衰落的特点，因而不同子载波的信号幅度完全不同，从而使得不同子载波上的信噪比也完全不同。

为了最佳地利用频谱的有限资源，接收机和发送机通常需要进行信道自适应跟踪。即接收机反馈信道瞬时变化，发送机相应地调整编码数率和调制方式。为了进行信道自适应以达到大的数据传输速率，希望接收机反馈如信噪比(SNR)之类的信号质量，以便发送端相应调整发送速率。当一个用户使用很多个子载波时，如果把每个子载波的信噪比进行反馈，那么反馈量将很大。所以期望反馈一个能够减少反馈量的子载波信噪比统计量，这个统计量目前通常采用平均信噪比或有效信噪比。

下面对现有技术中的信噪比计算方法进行详细说明。

在现有技术的OFDM和正交频分复用多址(OFDMA)系统中，首先假定每个用户分配N个子载波频率。由于多径传播，接收信号将具有频率选择性失真，不同的子载波上的信噪比将大不相同。假定这N个信噪比为：SNR_k，其中1≤k≤N。

显然，最佳方法是反馈所有子载波上的信噪比，这样发送端可以在不同的子载波上使用不同的调制方式和编码速率，但这样做将给系统带来巨大的负担。

目前的一些简单方法是反馈平均信噪比或反馈有效信噪比。

平均信噪比的计算如下：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{avg}}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SNR}}_k---\left(1\right)$

有效信噪比的计算如下：

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{effective}}=Q*\left\{\exp \right[\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q})]-1\}---\left(2\right)$

这里，Q是一个固定常数。

由于多径传播，接收信号将具有频率选择性失真，不同的子载波上的信噪比将大不相同。现有技术中平均信噪比或有效信噪比的计算和反馈并不能准确地用来控制发送端的调制方式和编码速率。

比如，图1为现有技术中OFDM系统的符号误码率与平均信噪比的关系示意图，其中考虑了三种不同信道，分别为：AWGN信道；二条静态多径，其功率分布为(0.8，0.2)；二条静态多径，其功率分布为(0.6，0.4)。由图1可以看出：对于相同的平均信噪比，三种不同信道情况下的误码率差异很大，这说明平均信噪比并不能准确反映系统的误码性能，所以反馈控制并不准确。

另外，图2为现有技术中OFDM系统的符号误码率与有效信噪比的关系示意图，其中考虑了三种不同信道，分别为：AWGN信道；二条静态多径，其功率分布为(0.8，0.2)；二条静态多径，其功率分布为(0.6，0.4)。由图2可以看出：对于相同的有效信噪比，三种不同信道情况下的误码率差异很大，这说明有效信噪比并不能准确反映系统的误码性能，所以反馈控制并不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提出一种用于OFDM系统的信噪比反馈方法，以使反馈控制更加准确。

本发明的另一目的是提出一种用于OFDM系统的信噪比反馈装置，以使反馈控制更加准确。

本发明的另一目的是提出一种用于OFDM系统的信噪比反馈系统，以使反馈控制更加准确。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种OFDM系统中的信噪比反馈方法，该方法包括以下步骤：

A、按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并将各信噪比分别乘以其权重，然后对乘以权重后的各信噪比进行求和，得到求和结果；

B、对所述求和结果进行反馈。

步骤B为：将所述求和结果反馈回发射端。

步骤A包括：

A1、对每个信噪比SNR_k计算 $R_k=\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q}),$ 其中Q为预定常数，k的取值范围为1到N，N为子载波的个数；

A2、按照信噪比的大小确定R_k所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并且对各个信噪比的R_k分别乘以其权重，其中信噪比的权重为

w_k为第K个子载波的权值；

A3、对乘以权重后的各信噪比的R_k进行求和，得到求和结果 $\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q});$

所述步骤B为：计算 ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{effective}}=Q*\left\{\exp \right[\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q})]-1\},$ 并将SNR_effective反馈回发射端。

所述OFDM系统为正交频分复用多址(OFDMA)系统。

一种OFDM系统中的信噪比反馈装置，该装置包括：

信噪比加权单元，用于按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并将各信噪比分别乘以其权重，然后对乘以权重后的各信噪比进行求和，得到求和结果；

信噪比反馈单元，用于对所述求和结果进行反馈。

所述信噪比反馈单元用于将所述求和结果反馈回发射端。

所述信噪比加权单元用于对每个信噪比SNR_k计算 $R_k=\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q}),$ 其中Q为预定常数，k的取值范围为1到N，N为子载波的个数，并按照信噪比的大小确定R_k所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并用于对各个信噪比的R_k分别乘以其权重，其中信噪比的权重为

w_k为第K个子载波的权值，并用于对乘以权重后的各信噪比的R_k进行求和，得到求和结果 $\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q});$

所述信噪比反馈单元用于计算 ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{effective}}=Q*\left\{\exp \right[\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q})]-1\},$ 并将SNR_effective反馈回发射端。

所述OFDM系统为OFDMA系统。

一种接收机，该接收机包括如上任一项所述的信噪比反馈装置。

一种OFDM系统中的信噪比反馈系统，包括：

如上任一项所述的信噪比反馈装置；

发射机，用于根据所述反馈的信噪比对发射天线进行数据速率控制。

从上述技术方案中可以看出，在本发明中，首先对各信噪比进行加权处理，其中按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，然后对经过加权处理后的信噪比进行反馈。由此可见，在本发明中，考虑到信噪比大的子载波对当误码率的影响，比信噪比小的子载波对误码率的影响要小，因而对大的信噪比进行小的加权，而对小的信噪比进行大的加权，所以能够更好地反映不同信噪比对误码率影响，所以本发明使反馈控制的准确性获得了极大的提高。

另外，在本发明中，可以分别针对平均信噪比和有效信噪比进行加权处理并反馈，所以可以采用的实施方式非常灵活。

附图说明

图1为现有技术中OFDM系统的符号误码率与平均信噪比的关系示意图。

图2为现有技术中OFDM系统的符号误码率与有效信噪比的关系示意图。

图3为本发明的OFDM系统中的信噪比反馈方法的示范性流程示意图。

图4为根据本发明第一实施例的OFDM系统中的信噪比反馈方法的示范性流程示意图。

图5为根据本发明第一实施例的符号误码率与平均信噪比的关系示意图。

图6为根据本发明第二实施例的OFDM系统中的信噪比反馈方法的示范性流程示意图。

图7为根据本发明第二实施例的符号误码率与有效信噪比的关系示意图。

图8为根据本发明的OFDM系统中的信噪比反馈装置的示范性结构示意图。

图9为根据本发明的OFDM系统中信噪比反馈系统的示范性结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的主要思想是：对各信噪比进行加权处理，其中按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重；然后对经过加权处理后的信噪比进行反馈。

图3为本发明的OFDM系统中的信噪比反馈方法的示范性流程示意图。如图3所示，该方法包括：

步骤301：对各信噪比进行加权处理，其中按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重。

在这里，既可以是对平均信噪比进行加权处理，也可以是对有效信噪比进行加权处理，甚至还可以对平均信噪比和有效信噪比进行混合加权处理。然而，无论如何，在确定权值的时候遵循原则：大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重。正是由于考虑到信噪比大的子载波对误码率的影响，比信噪比小的子载波对当误码率的影响要小，因而对大的信噪比进行小的加权，而对小的信噪比进行大的加权。

另外，加权处理的具体执行方式也可以是多样的。加权处理的各种方式可以采用公知的任意一种方式，本发明对此并无限定。

步骤302：对经过加权处理后的信噪比进行反馈。

经过加权处理后，对经过加权处理后的信噪比进行反馈。经过加权后的信噪比能够更好地反映不同信噪比对误码率影响，因而本发明使反馈控制更加准确。另外，本发明既可以适用于OFDM系统，也能适用于基于OFDM的OFDMA系统。

下面对本发明的第一实施例进行详细描述。

图4为根据本发明第一实施例的OFDM系统中的信噪比反馈方法的示范性流程示意图。如图4所示，该方法包括：

步骤401：对N个信噪比SNR_k分别进行加权，得到w_k*SNR_k，这里所有w_k的和为N，k的取值范围为1到N，其中大的信噪比加权小，小的信噪比加权大，其中w_k为第k个信噪比的权值。

步骤402：将所有加权后的信噪比相加，得到w₁*SNR₁+w₂*SNR₂+...+w_N*SNR_N。

步骤403：将求和的结果除以N，得到(w₁*SNR₁+w₂*SNR₂+...+w_N*SNR_N)/N；即为 ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{wt}\_\mathrm{avg}}=\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*{\mathrm{SNR}}_k,$ 其中 $\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k=N.$

然后再将SNR_{wt_avg}反馈回信号发射端，从而发射端能够根据这个反馈对发射天线进行数据速率控制。

图5为根据本发明第一实施例的符号误码率与平均信噪比的关系示意图。其中，考虑了三种不同信道，分别为：AWGN信道；二条静态多径，其功率分布为(0.8，0.2)；二条静态多径，其功率分布为(0.6，0.4)。由图5可见，与图1的非加权的现有技术中的平均信噪比相比，可以看出：对于现有技术中的平均信噪比方法，AWGN信道和二条静态多径功率分布为(0.8，0.2)的信道，误码性能差别为4.0dB；但对于本发明第一实施例加权的平均信噪比方法，同样的AWGN信道和二条静态多径功率分布为(0.8，0.2)的信道，误码性能差别缩小为3.0dB。因此本发明第一实施例的加权的平均信噪更为准确，从而使得反馈控制更加准确。

下面对本发明的第二实施例进行详细描述。

图6为根据本发明第二实施例的OFDM系统中的信噪比反馈方法的示范性流程示意图。如图6所示，该方法包括：

步骤601：对于每个信噪比SNR_k计算R_k＝ln(1+SNR_k/Q)，其中Q是预定常数；k的取值范围为1到N，N为信噪比的个数。

步骤602：对N个R_k分别进行加权，得到w_k*R_k，这里所有w_k的和为N，大的信噪比加权大，小的信噪比加权小，并且w_k为第k个信噪比的权值。

步骤603：将所有加权后的信噪比相加，得到w₁*R₁+w₂*R₂+...+w_N*R_N，也就是 $\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q}).$

步骤604：将以上求和结果除以N，得到Y＝(w₁*R₁+w₂*R₂+...+w_N*R_N)/N，也就是 $\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q}).$

步骤605：计算Q*[exp(Y)-1]，这里exp(Y)表示指数函数，所以得到 ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{effective}}=Q*\left\{\exp \right[\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q})]-1\}.$

步骤606：将计算得到的SNR_effective反馈回信号发射端，从而发射端能够根据这个反馈对发射天线进行数据速率控制。

图7为根据本发明第二实施例的符号误码率与有效信噪比的关系示意图。由图7可见，考虑了三种不同信道，分别为：AWGN信道；二条静态多径，其功率分布为(0.8，0.2)；二条静态多径，其功率分布为(0.6，0.4)。与图2的现有技术的有效信噪比相比，可以看出：对于现有技术中的有效信噪比方法，AWGN信道和二条静态多径功率分布为(0.8，0.2)的信道，误码性能差别为3.0dB；但对于本发明第二实施例的加权有效信噪比方法，同样的AWGN信道和二条静态多径功率分布为(0.8，0.2)的信道，误码性能差别缩小为2.0dB。因此本发明第二实施例的加权的有效信噪比较现有技术中有效信噪比更为准确一些，从而反馈控制更加准确。

基于上述描述，本发明还提出了一种OFDM系统中的信噪比反馈装置。图8为根据本发明的OFDM系统中的信噪比反馈装置的示范性结构示意图。如图8所示：该装置800包括：

信噪比加权单元801，用于对各信噪比进行加权处理，其中按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重；

信噪比反馈单元802，用于对经过加权处理后的信噪比进行反馈；

其中所述信噪比单元加权单元801与信噪比反馈单元802连接。

信噪比加权单元801既可以对平均信噪比进行加权，也可以对有效信噪比进行加权。

当用于对平均信噪比进行加权时，信噪比加权单元801用于按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，其中大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，用于将各信噪比分别乘以其权重，并用于对乘以权重后的各信噪比进行求和，以得到求和结果；此时信噪比反馈单元802用于将所述求和结果反馈回发射端。

当用于对有效信噪比进行加权时，信噪比加权单元801用于对每个信噪比SNR_k计算 $R_k=\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q}),$ 其中Q为预定常数，k的取值范围为1到N，N为信噪比的个数，并按照信噪比的大小确定R_k所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并用于对各个信噪比的R_k分别乘以其权重，其中信噪比的权重为w_k为第K个信噪比的权值，并用于对乘以权重后的各信噪比的R_k进行求和，得到求和结果 $\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q});$ 此时信噪比反馈单元802用于计算 ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{effective}}=Q*\left\{\exp \right[\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q})]-1\},$ 并将SNR_effective反馈回发射端。

图8所示的信噪比反馈装置800可以应用于OFDM系统中的接收机中，从而提高反馈的准确度。而且，发射机能够根据接收机所返回的反馈，对发射天线进行数据速率控制。

图9为根据本发明的OFDM系统中信噪比反馈系统的示范性结构示意图。信噪比反馈装置及时反馈信道瞬时变化，并将结果反馈回接收机，从而接收机能够相应调整编码数率和调制方式。

以上过程中，本发明所提出的装置和系统既可以适用于OFDM系统，也能够适用于基于OFDM的OFDMA系统。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正交频分复用系统中的信噪比反馈方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并将各信噪比分别乘以其权重，然后对乘以权重后的各信噪比进行求和，得到求和结果；

B、对所述求和结果进行反馈。

2.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中的信噪比反馈方法，其特征在于，

步骤B为：将所述求和结果反馈回发射端。

3.根据权利要求1所述的正交频分复用系统中的信噪比反馈方法，其特征在于，步骤A包括：

A1、对每个信噪比SNR_k计算 $R_k=\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q}),$ 其中Q为预定常数，k的取值范围为1到N，N为信噪比的个数；

A2、按照信噪比的大小确定R_k所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并且对各个信噪比的R_k分别乘以其权重，其中信噪比的权重为w_k为第K个信噪比的权值；

A3、对乘以权重后的各信噪比的R_k进行求和，得到求和结果 $\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q});$

所述步骤B为：计算 ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{effective}}=Q*\left\{\exp \right[\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q})]-1\},$ 并将SNR_effective反馈回发射端。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的正交频分复用系统中的信噪比反馈方法，其特征在于，所述正交频分复用系统为正交频分复用多址OFDMA系统。

5.一种正交频分复用系统中的信噪比反馈装置，其特征在于，该装置包括：

信噪比加权单元，用于按照信噪比大小确定各信噪比所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并将各信噪比分别乘以其权重，然后对乘以权重后的各信噪比进行求和，得到求和结果；

信噪比反馈单元，用于对所述求和结果进行反馈。

6.根据权利要求5所述的正交频分复用系统中的信噪比反馈装置，其特征在于，

所述信噪比反馈单元用于将所述求和结果反馈回发射端。

7.根据权利要求5所述的正交频分复用系统中的信噪比反馈装置，其特征在于，

所述信噪比加权单元用于对每个信噪比SNR_k计算 $R_k=\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q}),$ 其中Q为预定常数，k的取值范围为1到N，N为信噪比的个数，并按照信噪比的大小确定R_k所对应的权重，大的信噪比对应小的权重，小的信噪比对应大的权重，并用于对各个信噪比的R_k分别乘以其权重，其中信噪比的权重为

w_k为第K个信噪比的权值，并用于对乘以权重后的各信噪比的R_k进行求和，得到求和结果 $\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q});$

所述信噪比反馈单元用于计算 ${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{effective}}=Q*\left\{\exp \right[\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{w}_k*\ln (1+\frac{{\mathrm{SNR}}_k}{Q})]-1\},$ 并将SNR_effective反馈回发射端。

8.根据权利要求5所述的正交频分复用系统中的信噪比反馈装置，其特征在于，所述正交频分复用系统为OFDMA系统。

9.一种接收机，其特征在于，该接收机包括如权利要求5-8中任一项所述的信噪比反馈装置。

10.一种正交频分复用系统中的信噪比反馈系统，其特征在于，包括：

如权利要求5-8中任一项所述的信噪比反馈装置；

发射机，用于根据所述反馈的信噪比对发射天线进行数据速率控制。

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