CN101227694A - Td-scdma系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置 - Google Patents

Abstract

为克服现有技术获取噪声功率、信噪比和信干比的方法中存在的不能适应复杂多变的无线信道环境，致噪声功率、信噪比和信干比的估计不准等问题，本发明提出一种TD－SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置。本发明噪声功率、信噪比和信干比的方法及装置利用TS0时隙信道估计中确知的或较高可靠性的噪声抽头经有效功率修正获得噪声功率，并根据环境噪声功率的稳定性特点，仅在预定时间内进行更新，避免了长时间连续获取带来的计算量较大的问题。本发明噪声功率、信噪比和信干比的方法及装置能够在信道环境极其恶劣情况下，较为准确、及时和可靠的获取噪声功率、信噪比和信干比。

Description

TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置

发明领域

本发明涉及一种无线通信系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置，特别涉及一种时分-同步码分多址无线通信系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置。

背景技术

时分-同步码分多址无线通信系统(简称为TD-SCDMA系统)是由中国提出并被国际电联(简称为ITU)接纳的第三代移动通信系统标准。TD-SCDMA系统综合运用了TDMA、FDMA、CDMA三种多址技术来提高系统容量。然而，由于无线传输环境的复杂性，处在同一频率同一时隙但采用不同的正交可变扩频因子码(简称为OVSF)调制、传输的不同用户的信息数据在到达接收端时，其信号的正交性受到破坏，而且由于多径时延和其他用户的干扰，造成了符号间干扰(简称为ISI)和多址干扰(简称为MAI)。

通常，在TD-SCDMA系统中常采用联合检测技术排除或降低ISI和MAI对无线通信质量的影响。而在联合检测技术中通常采用最小均方误差-块线性均衡(简称为MMSE-BLE)算法或最小均方误差-块判决反馈均衡(简称为MMSE-BDFE)算法对接收数据进行解调。这两种算法均要求数据接收端能够获取较为准确的噪声功率信息。因此，接收方的数据解调往往需要进行噪声功率估计。一般的，噪声功率估计越准确，使用MMSE-BLE或MMSE-BDFE算法越能获得更好的数据解调性能。

TD-SCDMA系统中，物理层出于计算复杂度与数据量节省的考虑，针对部分操作需要灵活控制其处理时间。该类操作诸如频率同步保持与跟踪、定时同步保持与跟踪、小区重选等，它们的共同特征是在实现相同性能的前提下信噪比(即目标信号功率与噪声功率的比值，简称为SNR)越高所需的数据量越小。因此，有效的SNR估计能够为该类操作实现处理时间的灵活控制提供有力支持。另外，在物理层上，SNR值还将应用于涡轮译码(简称为turbo-decoding)；在更高层上，SNR值需要在呼叫建立、宏分集及切换控制中使用。可见，SNR估计在TD-SCDMA系统中对其优质、高效运行有着不可忽视的作用。

TD-SCDMA系统是一个干扰受限系统，尽可能地降低发射功率才能最大限度地保证系统容量。功率控制的基本目的就是限制系统内干扰电平以便减少小区内及小区间的干扰电平，并减少功耗。而内环功率控制(功率控制的主要方法之一)是根据移动终端用户(简称为UE)实时测量的信干比(即目标信号功率与干扰信号功率和噪声功率的和的比值再乘以扩频因子的值，简称为SIR)与外环目标SIR的比较产生并发射出发射功率控制命令(简称为TPC)，网络端根据接收到的TPC调整其发射功率，从而实现功率控制的目的。显然，SIR的测量是实现闭环功率控制的关键步骤，其估计准确度直接影响系统功率控制操作的有效性。

显然，获取噪声功率、SNR和SIR的关键在于获取噪声功率、目标信号功率和干扰信号功率。在TD-SCDMA系统中，获取噪声功率、目标信号功率和干扰信号功率的典型方法分为两大类：一类是基于正交同向分路极性分辨的误差矢量幅值(简称为EVM)算法或基于训练序列的最小均方误差(简称为MMSE)算法，其基本特点是依据有用信号与环境噪声的统计特性，从解调数据信息或接收导频数据中获取噪声功率、目标信号功率和干扰信号功率。然而，由于TD-SCDMA系统中使用的导频数据长度较短(不超过144码片)，有用信号与环境噪声的统计特性不理想，导致噪声功率、目标信号功率和干扰信号功率的估计不准。而采用解调数据软信息获取噪声功率、目标信号功率和干扰信号功率的方法需要大量的解调数据，不可避免地需要增加存储空间，使得处理成本较高。另一类是基于信道估计的获取方法，在TD-SCDMA系统中常使用Steiner估计器进行信道估计，从信道估计各抽头中选取出噪声抽头、目标信号抽头和干扰信号抽头，统计各类抽头的功率分别作为噪声功率、目标信号功率和干扰信号功率。此方法虽然较为简便易行，但其估计的准确性依赖于噪声抽头、目标信号抽头和干扰信号抽头的准确判断。现有技术判断噪声抽头、目标信号抽头和干扰信号抽头的典型方法是预先设定门限，功率低于(或高于)该门限的抽头即为某一类抽头。而门限的设定通常依赖于经验，由于无线通信环境的复杂多变，依赖经验设定的门限值很难保证信号抽头的正确判断。此外，也有采用从各估计窗的总抽头功率中减去预定个数的功率较大的抽头功率，以此获得该窗的噪声功率。该方法虽然没有直接采用门限设定判断噪声抽头，但实质上是将预定个数的功率较大的抽头视为目标信号抽头，仍然不能适应复杂多变的无线信道环境。另外，由于信道估计所使用的Steiner估计器在一定程度会放大噪声功率，基于信道估计的噪声功率获取方法必须对噪声抽头进行合理的功率修正，方能使用。

在TD-SCDMA系统中，系统的训练序列中间码(简称为midamble)的分配方式是由网络层决定的，由3GPP TS 25.221可知，midamble的分配方式有三种：默认分配方式(default mode)、公共分配方式(common mode)和用户指定分配方式(UE specific mode)。不同的midamble分配方式，其信道估计资源的分配方式也是不同的。当系统采用默认方式分配midamble时，系统将根据标准规定的midamble移位与信道化码间的对应关系，按目标用户所分配码道分配midamble移位，当某个目标用户激活多个midamble移位时，各midamble移位的功率与对应各码道总功率相当。当系统采用用户指定方式分配midamble时，不同用户的信道估计将由系统指定给用户相应估计窗和码道的分配组合，此时，一个时隙中每个用户的数据部分与对应midamble部分之间没有功率偏置。当系统采用公共分配方式分配midamble时，整个系统的估计窗中只包含一个有效的信道估计窗，这个信道估计窗为各个用户的公共信道估计窗，为所有用户共用，该情况下，一个时隙内整个发射信号的数据部分与midamble部分没有功率偏置。

发明内容

为克服现有技术获取噪声功率、信噪比和信干比的方法中存在的不能适应复杂多变的无线信道环境，致噪声功率、信噪比和信干比的估计不准等问题，本发明提出一种TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置。本发明噪声功率、信噪比和信干比的方法及装置利用TS0时隙信道估计中确知的或较高可靠性的噪声抽头经有效功率修正获得噪声功率，并根据环境噪声功率的稳定性特点，仅在预定时间内进行更新，避免了长时间连续获取带来的计算量较大的问题。将业务时隙目标信号与干扰信号各自信道信息有机整合，平滑噪声影响；并使用更为合理的信号抽头选取方法，显著提升信号抽头选取可靠性，准确获取信号功率。本发明噪声功率、信噪比和信干比的方法及装置能够在信道环境极其恶劣情况下，较为准确、及时和可靠的获取噪声功率、信噪比和信干比。

本发明TD-SCDMA系统噪声功率获取方法根据信标信道的发射方式确定噪声功率抽头的确定方式，根据抽头功率的峰值确定噪声抽头的判断门限并根据门限和预定范围确定噪声抽头，重复获取预定帧数fn子帧的噪声功率并累计，在累计预定帧数的噪声功率的过程中对AGC值进行修正，并以一个或一个以上寻呼周期的时间间隔为周期重复获取并更新噪声功率。

本发明TD-SCDMA系统噪声功率获取方法根据信标信道的发射方式确定噪声功率抽头的确定方式包括：判断网络设置的信标信道的发射方式是否使用空间码发射分集，是则根据抽头功率的峰值确定噪声抽头的判断门限并根据门限和预定范围确定噪声抽头；否则将第2信道估计窗(即midamble移位分量m⁽²⁾对应的估计窗)中第3～W-2个抽头视为噪声抽头，其中：W为信道窗长。

本发明TD-SCDMA系统噪声功率获取方法根据抽头功率的峰值确定噪声抽头的判断门限并根据门限和预定范围确定噪声抽头包括：以信道估计中抽头功率峰值的预定偏置作为门限并将各窗中低于该门限且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；或者以信道估计首窗中抽头功率峰值的预定偏置作为门限并将各窗中低于该门限且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；或者固定将各窗中位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；所述预定范围为信道窗中第9～W-2抽头，其中：W为信道窗长；所述抽头功率峰值的预定偏置为：抽头功率峰值×0.25～0.5。

本发明TD-SCDMA系统噪声功率获取方法重复获取预定帧数fn子帧的噪声功率并累计包括：

按下式计算噪声功率NoisePwr：

NoisePwr＝NoisePwr_temp/Noise_num×modify

式中：NoisePwr为噪声功率；NoisePwr_temp预定帧数的噪声抽头功率的累计值；Noise_num 为预定帧数的噪声抽头数的累计值；fn为预定帧数，取值为10～20；modify为噪声功率修正值，取值范围80～120。

本发明TD-SCDMA系统噪声功率获取方法在累计预定帧数的噪声功率的过程中对AGC值进行修正包括：当AGC值发生变化时，就将该时间范围内的平均AGC值赋给噪声功率获取所使用AGC值AGC_noise(dB)，否则保持AGC_noise(dB)不变。

本发明TD-SCDMA信噪比和信干比的获取方法，采用前述本发明TD-SCDMA系统噪声功率获取方法获取噪声功率，多帧目标信号时隙的信道估计功率累计，以次大抽头功率平均值的修正值作为判断目标信号功率或干扰信号功率的门限并判断目标信号或干扰信号功率抽头，在信道估计累计值计算的过程中对AGC值进行修正，周期重复获取并更新信噪比估值SNR或信干比估值SIR。

本发明TD-SCDMA系统信噪比和信干比的获取方法多帧目标信号时隙的信道估计功率累计包括：接收f_num子帧目标用户所在单个时隙的midamble数据，使用Steiner估计器进行信道估计并将各子帧所得信道估计功率叠加积累计于数组CIRPwr(初值为全0的数组)中，其中，f_num为预定帧数，取值范围为2～8。

本发明TD-SCDMA系统信噪比和信干比的获取方法以次大抽头功率平均值的修正值作为判断目标信号或干扰信号功率的门限并判断目标信号或干扰信号功率抽头的步骤包括：

①对CIRPwr进行激活用户检测，对位叠加累计目标信号或干扰信号激活窗抽头功率，获得数组TargetWinPwr或InterfWinPwr(初值为全0的数组)；

②除去TargetWinPwr或InterfWinPwr中功率较强的预定个数的抽头，其中，预定个数的取值范围为4～8；

③将剩余的抽头功率平均值×1.2～2作为次大抽头功率平均值的修正值，判断次大抽头功率平均值的修正值是否高于峰值功率，是，则以峰值功率作为门限；否，则以次大抽头功率平均值的修正值作为门限；

④将高于或等于门限的不超过预定个数的抽头视为有效目标信号或干扰信号抽头，其中，预定个数的取值范围为4～8。

本发明TD-SCDMA系统信噪比和信干比的获取方法在信道估计累计值计算的过程中对AGC值进行修正包括：如果AGC值发生变化，就将该时间范围内的平均AGC值赋给目标信号功率获取所使用AGC值AGC_signal(dB)，否则保持AGC_signal(dB)不变。

实现本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比获取方法的装置包括数据接收器、Steiner估计器、功率计算器和AGC均值计算器。另外，还包括：

(1)噪声抽头选取器，用于在功率计算器输出的信道估计抽头功率中选取噪声抽头；

(2)多帧抽头噪声功率积累与数量统计器，用于对噪声抽头选取器选取的多帧噪声抽头进行功率积累、数量统计及数据帧数统计；

(3)噪声功率计算器，用于利用多帧抽头功率积累与数量统计器的输出信息计算修正的噪声功率。

(4)信道功率积累器，用于对多帧功率计算器输出进行信道估计功率叠加积累并记录数据帧数；

(5)时隙目标信号功率获取器，用于依据本发明的时隙目标信号功率获取方法获取目标信号功率；

(6)信噪比计算器；用于利用噪声功率获取器输出与时隙目标信号功率获取器输出计算信噪比；

(7)时隙干扰信号功率获取器，用于依据本发明的时隙干扰信号功率获取方法获取目标信号功率；

(8)信干比计算器；用于根据噪声功率获取器输出、时隙目标信号功率获取器输出、时隙干扰信号功率获取器及均值计算器输出计算信干比。

显然，当该装置仅用于获取噪声功率时，可省略前述装置中序号(4)～(8)所述的器件。

附图说明：

图1：TD-SCDMA系统常规时隙结构示意图；

图2：最大用户数为8时各用户对应的midamble移位示意图；

图3：本发明TD-SCDMA系统噪声功率的获取方法流程示意图；

图4：本发明TD-SCDMA系统噪声功率的获取装置结构示意图；

图5：本发明TD-SCDMA系统信噪比的获取方法流程示意图；

图6：本发明TD-SCDMA系统信噪比的获取装置结构示意图；

图7：本发明TD-SCDMA系统信干比的获取方法流程示意图；

图8：本发明TD-SCDMA系统信干比的获取装置结构示意图；

图9：实施例1信道估计抽头功率示意图；

图10：实施例2信道估计抽头功率示意图；

图11、12、13：通过仿真试验对本发明TD-SCDMA系统信噪比获取方法与现有技术获取方法在不同信道环境下性能比较的示意图。

下面结合附图及具体实施例对本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置作进一步的说明。

附图1是TD-SCDMA系统常规时隙结构示意图。由图可知，常规时隙长度为864chip，其中包含两段长为352chip的数据符号，以及中间的一段长为144chip的中间码训练序列(简称为midamble)。该训练序列在TD-SCDMA中有重要意义，作用包括小区标识、信道估计和同步(包括频率同步)等。由于TD-SCDMA系统中使用的导频数据长度较短(不超过144码片)，基于训练序列的最小均方误差(简称为MMSE)算法获取噪声功率，有用信号与环境噪声的统计特性不理想，将导致噪声功率的估计不准。

附图2是最大用户数为8时各用户对应的midamble移位示意图。在TD-SCDMA系统中，训练序列中间码的分配方式由网络层决定。由3GPP TS25.221可知，训练序列中间码分配方式有三种：默认分配方式(default mode)、公共分配方式(common mode)及用户指定分配方式(UEspecific mode)。当训练序列中间码的分配方式为default mode时，系统将根据标准规定的用户所分配的码道，依据标准所对应的移位训练序列信息分配给各个用户，当某个目标用户激活多个移位序列时，每个训练序列移位的功率与相对应各个码道的总功率相当。默认方式下，常规时隙内各用户与midamble移位对应关系如图2所示。

如图2所示，各midamble移位是从基本midamble周期延展而成的长序列中截取得到的。利用基本midamble周期延展而成的长序列m的长度L由下式确定：

L＝L_m+(Kcell-1)W

式中，

L_m：midamble的长度，TD-SCDMA系统中固定为144；

Kcell：本时隙内可用midamble的最大数目，即最大用户数；

W：描述无线信道冲激响应的窗长，定义为

以TS0时隙为例，Kcell＝8，W＝16，因此L＝256。则基本midamble经周期扩展后的长序列为m，其中第i个元素为m_i，i＝1，2，…，L。

时隙中第k个用户对应的midamble移位m^(k)的第i个元素由下式得到：

m_i ^(k)＝m_i+(Kcell-k)W，i＝1，2，…，L_m，k＝1，2，…，Kcell

确定了各用户对应的midamble移位，经相位调制和对位合并，即得到最终发射信号中的训练序列。

附图3是本发明TD-SCDMA系统噪声功率的获取方法的流程示意图。由图可知，本发明TD-SCDMA系统噪声功率的获取方法主要包括以下步骤：

A、获得当前接收数据的优选自动增益控制(简称为AGC)值AGC_noise(dB)；

B、截取主载上一子帧中TS0时隙对应的midamble数据，使用Steiner估计器进行信道估计；

C、从上述信道估计中选取噪声抽头，其功率叠加积累于变量NoisePwr_temp(初值为0)中，并记录积累使用的噪声抽头数Noise_num(初值为0)；

本步骤进一步包括：

C1、判断网络设置的信标信道是否使用空间码发射分集(简称为SCTD)？是，则跳转步骤C3；否，则继续执行步骤C2；

C2、将第2信道估计窗(midamble移位分量m⁽²⁾对应估计窗)中第3～W-2抽头视为噪声抽头，其中W为信道窗长，其余信道窗抽头位置忽略；跳转步骤C4；

根据标准3GPP TS 25.221相关规定，TS0时隙信道窗1、2(midamble移位分量m⁽¹⁾、m⁽²⁾对应估计窗)固定预留给信标信道；当网络设置信标信道不使用SCTD天线分集时，信标信道仅占用信道窗1，信道窗2不激活；可见，该情形下，信道窗2中对应抽头均为确知的噪声抽头；考虑一定的邻窗功率泄漏保护码片，即可获得上述的信道窗预定范围，该预定范围内的信道抽头即为确知的噪声抽头；直接使用所述抽头指导噪声功率获取，具备处理准确、高效、低代价的特点。

C3、以信道估计中抽头功率的峰值的预定偏置作为门限，将各窗中低于该门限且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；

或者，以信道估计首窗中抽头功率峰值的预定偏置作为门限，将各窗中低于该门限且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；

或者，将各窗中位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；

所述预定范围为信道窗中第9～W-2抽头，其中，W为信道窗长；所述预定偏置取值为：抽头功率峰值×0.25～0.5，其中，0.25～0.5为偏置系数；

与现有方法相比，本发明在进行噪声抽头选取时增加了抽头预定有效范围限定条件；实际无线环境中，由于大尺度衰落的影响，相对视距传播路径(或距离最短路径)延迟时间过大的无线传播路径可忽略不计；因此，依据该大尺度衰落因素及临窗功率泄漏保护的考虑，获得了优选的预定有效范围；将位于该范围内且满足预定条件的抽头视为噪声抽头指导噪声功率获取，可靠性更高。

C4、将选取的噪声抽头功率叠加累计于NoisePwr_temp(初值为0)中，并将使用的噪声抽头个数叠加累计于Noise_num(初值为0)；

D、重复上述步骤至预定帧数fn子帧，在重复过程中，如果AGC增益值发生变化，则将该时间范围内的平均AGC增益值赋给AGC_noise(dB)

所述预定帧数fn取值为10～20；

E、按下式计算噪声功率NoisePwr：

NoisePwr＝NoisePwr_temp/Noise_num×modify

式中：NoisePwr为噪声功率；NoisePwr_temp预定帧数的噪声功率的累计值；Noise_num为预定帧数的噪声抽头数的累计值；fn为预定帧数，取值为10～20；modify为噪声功率修正值，取值范围80～120。

F、以预定时间间隔为周期重复以上步骤。

优选的，该预定时间间隔取值为一个或多个寻呼周期。

显然，出于减少计算量考虑，以上噪声功率获取步骤可与UE侧基站广播信息读取、定时同步跟踪与保持等周期运作步骤一同进行。

附图4是本发明TD-SCDMA系统噪声功率的获取装置结构示意图。由图可知，本发明TD-SCDMA系统噪声功率的获取装置包括以下单元：

1、数据接收器，用于使用当前帧优选AGC增益接收TS0时隙midamble数据；

2、Steiner估计器，用于利用所述数据接收器输出的midamble数据进行信道估计；

3、功率计算器，用于计算所述Steiner估计器输出的信道估计抽头功率；

4、噪声抽头选取器，用于在所述功率计算器输出的信道估计抽头功率中选取噪声抽头；

5、多帧抽头功率积累与数量统计器，用于对所述噪声抽头选取器选取的多帧噪声抽头进行功率积累、数量统计及数据帧数统计；

6、噪声功率计算器，用于利用所述多帧抽头功率积累与数量统计器的输出信息计算修正的噪声功率；

7、均值计算器，用于根据输入数据AGC增益值及所述多帧抽头功率积累与数量统计器统计的数据帧数计算预定数据帧数时间内所述数据接收器的平均AGC增益；

8、数据接收控制器，用于控制所述数据接收器按预定更新周期接收预定数据帧数据。

附图5是本发明TD-SCDMA系统信噪比的获取方法流程示意图。由图可知，本发明TD-SCDMA系统中midamble分配方式为Default或UE specification的时隙信噪比获取方法主要包括以下步骤：

A、使用本发明TD-SCDMA系统中的噪声功率获取方法获得噪声功率NoisePwr及对应AGC_noise；

B、获得当前接收时隙的优选AGC增益值AGC_signal(dB)；

C、接收一子帧目标用户所在单个时隙的midamble数据，使用Steiner估计器进行信道估计；

D、重复以上步骤预定帧数f_num子帧，并将各子帧所得信道估计功率叠加积累于CIRPwr(初值为全0数组)中，在重复过程中，如果AGC增益值发生变化，则将该时间范围内的平均AGC增益值赋给AGC_signal(dB)，预定数f_num取值范围为1～8；

E、针对CIRPwr进行激活用户检测，根据标准3GPP TS 25.221中midamble分配方式与信道估计窗的对应关系以及目标用户码道分配信息，确定目标用户对应信道激活窗编号列表TargetWinList；

F、时隙目标信号功率SignalPwr获取，本步骤进一步包括：

F1、将CIRPwr中的所述目标用户信道激活窗对位叠加积累于TargetWinPwr(初值为全0数组)中

F2、除去TargetWinPwr中功率较强的预定个数的抽头，其中，预定个数的取值范围为4～8；

F3、将剩余的抽头功率平均值×1.2～2，判断抽头功率平均值×1.2～2的乘积是否高于峰值功率，是，则以峰值功率作为门限；否，则以抽头功率平均值×1.2～2的乘积作为门限；

F4、将高于或等于门限的不超过预定个数的抽头视为有效目标信号抽头，其中，预定个数的取值范围为4～8；

F5、求和目标信号抽头功率，获得目标信号积累功率SignalPwrAccu；

F6、以下式计算时隙目标信号功率：

SignalPwr＝SignalPwrAccu/f_num

式中：SignalPwr为时隙目标信号功率，SignalPwrAccu目标信号积累功率，f_num为预定帧数；

G、以下式计算信噪比估值SNR：

SNR＝10log(SignalPwr/NoisePwr)+AGC_signal-AGC_noise

式中：SNR为信噪比估值，SignalPwr为时隙目标信号功率，NoisePwr为噪声功率，AGC_signal为时隙目标信号功率获取时对应的AGC增益值，AGC_noise为获取噪声功率时对应的AGC增益值；

H、根据信噪比估值需求，周期重复获取并更新信噪比估值SNR。

附图6是本发明TD-SCDMA系统信噪比的获取装置结构示意图。由图可知，本发明TD-SCDMA系统信噪比的获取装置包括以下单元：

1、噪声功率获取器，用于依据本发明的噪声功率获取方法获取噪声功率及相应平均AGC增益；

2、数据接收器，用于使用当前帧优选AGC增益接收TS0时隙midamble数据；

3、Steiner估计器，用于利用数据接收器输出的midamble数据进行信道估计；

4、功率计算器，用于计算所述Steiner估计器输出的信道估计抽头功率；

5、信道功率积累器，用于对多帧所述功率计算器输出进行信道估计功率叠加积累并记录数据帧数；

6、均值计算器，用于根据输入数据AGC增益值及所述信道功率积累器输出的数据帧数计算预定数据帧数时间内所述数据接收器的平均AGC增益；

7、激活用户检测器，用于根据本时隙高层信息与所述信道功率积累器输出进行激活用户检测；

8、时隙目标信号功率获取器，用于依据本发明的时隙目标信号功率获取方法获取目标信号功率；

9、信噪比计算器；用于利用所述噪声功率获取器输出与时隙目标信号功率获取器输出计算信噪比估值；

10、数据接收控制器，用于控制所述数据接收器按预定更新周期接收预定数据帧数据。

附图7是本发明TD-SCDMA系统信干比的获取方法流程示意图。由图可知，本发明TD-SCDMA系统中midamble分配方式为Default或UE specification的时隙信干比的获取方法包括以下主要步骤：

A、采用本发明的TD-SCDMA系统噪声功率获取方法获得噪声功率NoisePwr及对应AGC_noise；

B、获得接收时隙的优选AGC增益值AGC_signal(dB)；

C、接收一帧目标用户所在单个时隙的midamble数据，使用Steiner估计器进行信道估计；

D、重复以上步骤预定数f_num帧，并将各帧所得信道估计功率叠加积累于CIRPwr(初值为全0数组)中，在重复过程中，如果AGC增益值发生变化，则将该时间范围内的平均AGC增益值赋给AGC_signal(dB)，预定数f_num取值范围为1～8；

E、采用本发明的TD-SCDMA系统目标信号功率获取方法获取时隙目标信号功率SignalPwr；

F、针对CIRPwr进行激活用户检测，获得目标信号激活窗编号列表TargetWinList及干扰用户激活窗编号列表InterfWinList；

G、获取时隙干扰信号功率InterfPwr，本步骤进一步包括：

G1、激活数组CIRPwr中用户并进行检测，对位叠加累计干扰信号激活窗抽头功率，获得数组InterfWinPwr(初值为全0数组)；

G2、除去InterfWinPwr中功率较强的预定个数的抽头，其中，预定个数的取值范围为4～8；

G3、将剩余的抽头功率平均值×1.2～2，判断抽头功率平均值×1.2～2的乘积是否高于峰值功率，是，则以峰值功率作为门限；否，则以抽头功率平均值×1.2～2的乘积作为门限；

G4、将高于或等于门限的不超过预定个数的抽头视为有效目标信号抽头，其中，预定个数的取值范围为4～8；

G5、求和干扰信号抽头获得干扰信号积累功率InterfPwrAccu；

G6、以下式计算时隙干扰信号功率InterfPwr：

InterfPwr＝InterfPwrAccu/f_num

式中：InterfPwr为时隙干扰信号功率，InterfPwrAccu为干扰信号积累功率，f_num为预定帧数；

H、以下式计算信干比估值SIR：

SIR＝10log(SignalPwr×SF)-10log(InterfPwr+NoisePwr×10^{(AGC_noise-AGC_signal)/10})

式中：SIR为信干比估值，InterfPwr为时隙干扰信号功率，NoisePwr为噪声功率，SignalPwr为时隙目标信号功率，SF为当前时隙目标信号所占用码道使用的扩频因子，AGC_signal为接收时隙的优选AGC增益值，AGC_noise为获取噪声功率时对应AGC增益值；

I、根据信干比估值需求，周期重复获取并更新信干比估值SIR。

附图8是本发明TD-SCDMA系统信干比的获取装置结构示意图，由图可知，本发明TD-SCDMA系统信干比的获取装置主要包括以下单元：

1、噪声功率获取器，用于依据本发明的噪声功率获取方法获取噪声功率及相应平均AGC增益；

2、数据接收器，用于使用当前帧优选AGC增益接收TS0时隙midamble数据；

3、Steiner估计器，用于利用数据接收器输出的midamble数据进行信道估计；

4、功率计算器，用于计算所述Steiner估计器输出的信道估计抽头功率；

5、信道功率积累器，用于对多帧所述功率计算器输出进行信道估计功率叠加积累并记录数据帧数；

6、均值计算器，用于根据输入数据AGC增益值及所述信道功率积累器输出的数据帧数计算预定数据帧数时间内所述数据接收器的平均AGC增益；

7、激活用户检测器，用于根据本时隙高层信息与所述信道功率积累器输出进行激活用户检测；

8、时隙目标信号功率获取器，用于依据本发明的时隙目标信号功率获取方法获取目标信号功率；

9、时隙干扰信号功率获取器，用于依据本发明的时隙干扰信号功率获取方法获取目标信号功率；

10、信干比计算器；用于根据所述噪声功率获取器输出、时隙目标信号功率获取器输出、时隙干扰信号功率获取器及均值计算器输出计算信干比估值；

11、数据接收控制器，用于控制所述数据接收器按预定更新周期接收预定数据帧数据。

具体实施例：

具体实施例1：基站侧不使用SCTD天线分集时获取噪声功率的实施例

在系统已获得码片级精确同步后，开始获取噪声功率：

A、获得当前接收数据的优选自动增益控制(简称为AGC)值AGC_noise(dB)，本实施例中AGC_noise(dB)＝0dB

B、截取主载上一子帧中TS0时隙对应的midamble数据，使用Steiner估计器进行信道估计；

C、选取噪声抽头，并将噪声功率叠加累计于变量NoisePwr_temp(初值为0)中，并记录噪声抽头数Noise_num(初值为0)；

此实施例基站侧不使用空间码发射分集(简称为SCTD)发送数据，故将第2信道估计窗(midamble移位分量m⁽²⁾对应估计窗)中第3～14抽头视为噪声抽头，其余信道窗抽头位置忽略；

将选取的噪声抽头功率叠加累计于NoisePwr_temp(初值为0)中，并记录噪声抽头数Noise_num(初值为0)；

D、重复上述步骤至fn帧数据，在此期间AGC增益值发生变化，故将该时间内的AGC增益均值5dB赋给AGC_noise(dB)；本实施例中，预定帧数fn取值为15。

E、计算噪声功率

NoisePwr＝NoisePwr_temp/Noise_num×modify

本实施例中，噪声功率修正值modify取值112。

F、以一个寻呼周期为时间间隔重复上述步骤。

附图9是实施例1信道估计抽头功率示意图。图中：横坐标对应信道估计各抽头；纵坐标对应信道估计各抽头参考功率；虚线表示现有技术噪声功率获取方法区分噪声抽头与信号抽头的典型判决门限。由图可知，现有技术使用预设门限进行信号抽头与噪声抽头区分，其门限的设定直接影响到噪声抽头判断的准确性。图9中虚线是将信道估计抽头功率峰值的1/3.5作为门限，该判决门限将众多的信号抽头误判为了噪声抽头，直接导致噪声功率估值偏大。如果降低判决门限，使其能够在本实施例中正确区分信号与噪声抽头，那么，在信道环境较为恶劣的情形下(也即噪声信号较强的情况下)，则可能错误地将众多噪声抽头误判为信号抽头，导致噪声功率估值偏小。本实施例中，本发明TD-SCDMA系统噪声功率获取方法，充分利用基站侧主载TS0时隙特点，基站侧不使用空间码发射分集，因此，接收数据中不存在midamble移位分量m⁽²⁾，即第2信道估计窗中均为确知的噪声抽头。考虑一定的临窗抽头功率泄漏保护，在不进行繁复的抽头判决区分的前提下，直接获取了可靠的噪声抽头功率信息。

显然，出于节省计算量的考虑，本发明噪声功率获方法噪声功率获取步骤可与UE侧基站广播信息读取、定时同步跟踪与保持等周期运作步骤一同进行；将噪声功率获取步骤与其它基于信道估计的周期运作步骤一同进行，可显著提升工作效率并避免重复计算。

另外，本发明噪声功率获方法根据环境噪声功率的稳定性特点，仅在预定时间内对噪声功率信息进行周期更新，避免了现有方法长时连续获取带来的计算量极大问题。

具体实施例2：基站侧使用SCTD天线分集时获取噪声功率的实施例

在系统已获得码片级精确同步后，开始获取噪声功率：

A、获得当前接收数据的优选自动增益控制(简称为AGC)值AGC_noise(dB)，本实施例中AGC_noise(dB)＝0dB

B、截取主载上一子帧中TS0时隙对应的midamble数据，使用Steiner估计器进行信道估计；

C、选取噪声抽头，并将噪声功率叠加累计于变量NoisePwr_temp(初值为0)中，并记录噪声抽头数Noise_num(初值为0)；

此实施例基站侧采用空间码发射分集(简称为SCTD)发送数据，将各窗中功率低于信道估计峰值功率×0.5且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；预定范围为信道窗中第9～W-2抽头，本实施例中，W对应为16；

D、重复上述步骤至fn帧数据，在此期间AGC增益值发生变化，故该时间内其均值-10dB赋给AGC_noise(dB)，本实施例中：预定帧数fn取值为10。

E、计算噪声功率

NoisePwr＝NoisePwr_temp/Noise_num*modify

本实施例中，噪声功率修正值modify取值112。

F、以每二个寻呼周期为时间间隔重复上述步骤。

附图10是实施例2信道估计抽头功率曲线示意图。图中：横坐标对应信道估计各抽头，纵坐标对应信道估计各抽头参考功率。本实施例信道环境为3GPPTS 25.102规定的Case3信道。由图可知，本发明TD-SCDMA系统噪声功率获取方法利用多径传播环境的特征，通过设置合理的抽头预定范围有效降低了噪声抽头错判风险，获得了更高的区分正确率。而现有技术中采用将功率较大的预定个数的抽头视为信号抽头的方案，而将各信道估计窗中预定个功率较大抽头以外的信道响应抽头视为噪声抽头，在本实施例中，无论该预定个数如何设置，均不能实现噪声与信号抽头的正确区分。

具体实施例3：本发明TD-SCDMA系统信干比获取方法当midamble分配方式为Default或UE specification时信干比的获取步骤：

A、使用本发明的噪声功率获取方法获得噪声功率NoisePwr及对应AGC_noise；

B、获得接收时隙的优选AGC增益值AGC_signal(dB)；

C、接收一帧目标用户所在单个时隙的midamble数据，使用Steiner估计器进行信道估计；

D、重复以上步骤预定数f_num帧，并将各帧所得信道估计功率叠加积累于CIRPwr(初值为全0数组)中，本实施例预定数f_num取值5；

E、针对CIRPwr进行激活用户检测，获得目标信号激活窗编号列表TargetWinList及干扰用户激活窗编号列表InterfWinList

F、获取时隙目标信号功率SignalPwr，本步骤进一步包括：

F1、对位叠加积累目标信号激活窗抽头功率，获得TargetWinPwr(初值为全0数组)；

F2、将TargetWinPwr中除去功率较强的预定数抽头的平均抽头功率的预定偏置作为门限(该门限需低于峰值功率，高于则以峰值功率为门限)，高于或等于该门限的不超过预定数的抽头视为有效信号抽头；其中，预定抽头个数取值范围2～5，本实施例中取值为3，预定偏置取值范围1.2～2，本实施例中取值为1.5；

F3、求和信号抽头获得目标信号积累功率SignalPwrAccu；

F4、以下式计算时隙目标信号功率SignalPwr：

SignalPwr＝SignalPwrAccu/f_num

G、获取时隙干扰信号功率InterfPwr，本步骤进一步包括：

G1、对位叠加积累干扰信号激活窗抽头功率，获得InterfWinPwr(初值为全0数组)；

G2、采用与目标信号抽头选取相同的方式选取干扰信号抽头；

G3、求和干扰信号抽头获得目标信号积累功率InterfPwrAccu；

G4、以下式计算时隙干扰信号功率InterfPwr：

InterfPwr＝InterfPwrAccu/f_num

H、以下式计算信干比估值SIR：

SIR＝10log(SignalPwr×SF)-10log(InterfPwr+NoisePwr×10^{(AGC_noise-AGC_signal)/10})

仿真效果：

为验证本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置的有效性，以仿真试验对本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置进行了验证。下面以TD-SCDMA系统噪声信噪比获取方法及装置的仿真试验结果对本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置作进一步的说明。

仿真条件：

■TD-SCDMA系统下行链路

■主载TS0时隙主公共控制信道、辅公共控制信道最大业务量配置

■目标信号所在业务时隙最大用户数8；midamble分配方式为Default；扩频因子16；目标信号激活2个信道估计窗；

■无线环境为3GPP TS 25.102规定的Case1～3

■噪声功率获取预定值设置同较佳实施例1、2；时隙目标信号功率获取预定值设置同较佳实施例3

■所比较方法：①为以信道估计峰值功率的预定偏置(取值1/2)为门限区分信号抽头与噪声抽头的方案；②为将目标信号激活窗中预定个数(取值为3)抽头视为信号抽头的方案；③为本发明的信标信道使用SCTD天线分集时，将信道窗中低于峰值功率的预定偏置(取值0.5)且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头的方案；④为本发明的信标信道不使用SCTD天线分集时的方案；

■各方案单信噪比点Mento-Carlo仿真次数500次。

附图11、12、13是通过仿真试验对本发明TD-SCDMA系统信噪比获取方法与现有技术获取方法在不同信道环境(依次为Case1、Case2、Case3)下性能比较的示意图。图中：横坐标表示实际信噪比；纵坐标表示信噪比估值相对真实值的标准差的对数表示。其中，标准差std的定义为 $\mathrm{std}={\left(\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-x)}^2\right)}^{1/2},$ 式中xi为单次信噪比估计结果，x为信噪比真实值。另外，图中以“Scheme1”标识的曲线为以信道估计峰值功率的预定偏置(取值1/2)为门限区分信号抽头与噪声抽头的方法；以“Scheme2”标识的曲线为将目标信号激活窗中预定数(取值3)抽头视为信号抽头的方法；以“SCTD”标识的曲线为本发明的信标信道使用SCTD天线分集时，将信道窗中低于峰值功率的预定偏置(取值0.5)且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头的方法；以“noSCTD”标识的曲线为本发明的信标信道不使用SCTD天线分集时的方法。由图可知：现有的基于信道估计的信噪比获取方法不能适应复杂多变的无线环境，而本发明TD-SCDMA系统噪声信噪比的获取方法及装置则在不同的信道环境中体现出优良的性能鲁棒性的同时，也获得了显著优于现有技术的性能。

本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置特别适用于下行信道中目标用户及干扰用户激活码道较多的情况。另外，本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置还特别适用于无线信道环境较恶劣的情况。一般的，下行信道中目标用户及干扰用户激活码道越多，无线信道越恶劣，本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置相对现有技术而言，越能提高噪声功率、信噪比及信干比获取的性能。

本领域的普通技术人员显然清楚并且理解，本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置所举的以上实施例仅用于说明本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置，而并不用于限制本发明。本领域普通技术人员知道，本发明TD-SCDMA系统噪声功率、信噪比和信干比的获取方法及装置存在许多变化而不脱离本发明的精神。在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (11)

1.一种TD-SCDMA系统中噪声功率的获取方法，其特征在于：根据信标信道的发射方式确定噪声功率抽头的确定方式，根据抽头功率的峰值确定噪声抽头的判断门限并根据门限和预定范围确定噪声抽头，重复获取预定帧数fn子帧的噪声功率并累计，在累计预定帧数的噪声功率的过程中对AGC值进行修正，并以一个或一个以上寻呼周期的时间间隔为周期重复获取并更新噪声功率。

2.根据权利要求1所述噪声功率获取方法，其特征在于：根据信标信道的发射方式确定噪声功率抽头的确定方式包括：判断网络设置的信标信道的发射方式是否使用空间码发射分集，是则根据抽头功率的峰值确定噪声抽头的判断门限并根据门限和预定范围确定噪声抽头；否则将第2信道估计窗中第3～W-2个抽头视为噪声抽头，其中：W为信道窗长。

3.根据权利要求1所述噪声功率获取方法，其特征在于：根据抽头功率的峰值确定噪声抽头的判断门限并根据门限和预定范围确定噪声抽头包括：以信道估计中抽头功率峰值的预定偏置作为门限并将各窗中低于该门限且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；或者以信道估计首窗中抽头功率峰值的预定偏置作为门限并将各窗中低于该门限且位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；或者固定将各窗中位于预定范围内的抽头视为噪声抽头；所述预定范围为信道窗中第9～W-2抽头，其中：W为信道窗长；所述抽头功率峰值的预定偏置为：抽头功率峰值×0.25～0.5。

4.根据权利要求1所述噪声功率获取方法，其特征在于：重复获取预定帧数fn子帧的噪声功率并累计包括：

按下式计算噪声功率NoisePwr：

NoisePwr＝NoisePwr_temp/Noise_num×modify

式中：NoisePwr为噪声功率；NoisePwr_temp预定帧数的噪声抽头功率的累计值；Noise_num为预定帧数的噪声抽头数的累计值；fn为预定帧数，取值为10～20；modify为噪声功率修正值，取值范围80～120。

5.根据权利要求1所述噪声功率获取方法，其特征在于：在累计预定帧数的噪声功率的过程中对AGC值进行修正包括：当AGC值发生变化时，就将该时间范围内的平均AGC值赋给噪声功率获取所使用AGC值AGC_noise，否则保持AGC_noise不变。

6.一种TD-SCDMA系统信噪比和信干比的获取方法，其特征在于：采用权利要求1所述TD-SCDMA系统噪声功率获取方法获取噪声功率，多帧目标信号时隙的信道估计功率累计，以次大抽头功率平均值的修正值作为判断目标信号功率或干扰信号功率的门限并判断目标信号功率抽头或干扰信号功率抽头，在信道估计累计值计算的过程中对AGC值进行修正，周期重复获取并更新信噪比估值SNR或信干比估值SIR。

7.根据权利要求6所述信噪比和信干比的获取方法，其特征在于：多帧目标信号时隙的信道估计功率累计包括：接收f_num子帧目标用户所在单个时隙的midamble数据，使用Steiner估计器进行信道估计并将各子帧所得信道估计功率叠加积累计于数组CIRPwr中，其中，f_num为预定帧数，取值范围为2～8。

8.根据权利要求6所述信噪比和信干比的获取方法，其特征在于：以次大抽头功率平均值的修正值作为判断目标信号或干扰信号功率的门限并判断目标信号或干扰信号功率抽头的步骤包括：

①对CIRPwr进行激活用户检测，对位叠加累计目标信号或干扰信号激活窗抽头功率，获得数组TargetWinPwr或InterfWinPwr；

②除去TargetWinPwr或InterfWinPwr中功率较强的预定个数的抽头，其中，预定个数的取值范围为4～8；

③将剩余的抽头功率平均值×1.2～2作为次大抽头功率平均值的修正值，判断次大抽头功率平均值的修正值是否高于峰值功率，是，则以峰值功率作为门限；否，则以次大抽头功率平均值的修正值作为门限；

④将高于或等于门限的不超过预定个数的抽头视为有效目标信号或干扰信号抽头，其中，预定个数的取值范围为4～8。

9.根据权利要求6所述信噪比和信干比的获取方法，其特征在于：在信道估计累计值计算的过程中对AGC值进行修正包括：如果AGC值发生变化，就将该时间范围内的平均AGC值赋给目标信号功率获取所使用AGC值AGC_signal，否则保持AGC_signal不变。

10.一种TD-SCDMA系统中实现权利要求1所述噪声功率获取方法的装置，包括数据接收器、Steiner估计器、功率计算器和AGC均值计算器，其特征在于：该装置还包括：

(1)噪声抽头选取器，用于在功率计算器输出的信道估计抽头功率中选取噪声抽头；

(2)多帧抽头噪声功率积累与数量统计器，用于对噪声抽头选取器选取的多帧噪声抽头进行功率积累、数量统计及数据帧数统计；

(3)噪声功率计算器，用于利用多帧抽头功率积累与数量统计器的输出信息计算修正的噪声功率。

11.一种TD-SCDMA系统中实现权利要求6所述信噪比和信干比的获取方法的装置，包括数据接收器、Steiner估计器、功率计算器和AGC均值计算器，其特征在于：该装置还包括：

(1)噪声抽头选取器，用于在功率计算器输出的信道估计抽头功率中选取噪声抽头；

(2)多帧抽头噪声功率积累与数量统计器，用于对噪声抽头选取器选取的多帧噪声抽头进行功率积累、数量统计及数据帧数统计；

(3)噪声功率计算器，用于利用多帧抽头功率积累与数量统计器的输出信息计算修正的噪声功率。

(4)信道功率积累器，用于对多帧功率计算器输出进行信道估计功率叠加积累并记录数据帧数；

(5)时隙目标信号功率获取器，用于依据本发明的时隙目标信号功率获取方法获取目标信号功率；

(6)信噪比计算器；用于利用噪声功率获取器输出与时隙目标信号功率获取器输出计算信噪比；

(7)时隙干扰信号功率获取器，用于依据本发明的时隙干扰信号功率获取方法获取目标信号功率；

(8)信干比计算器；用于根据噪声功率获取器输出、时隙目标信号功率获取器输出、时隙干扰信号功率获取器及均值计算器输出计算信干比。

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