CN101309240B - 适用于多载波传输系统的噪声功率估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及适用于多载波传输系统的噪声功率估计方法和装置。该方法和装置利用接收信号中的导频码元和与其处于相同物理子载波上的数据码元的统计功率来对噪声功率进行估计。通过对多个数据帧进行统计平均，该方法和装置能够准确估计噪声功率。

Description

适用于多载波传输系统的噪声功率估计方法和装置

技术领域

本发明涉及适于在多载波传输系统中使用的噪声功率估计方法和装置。

背景技术

多输入多输出(MIMO)空间分集系统由于能够提供分集增益并且能够极大地提高无线通信系统的频谱效率，因此近年来备受关注。尤其是各种空时编码技术(包括分层空时编码、格状空时编码以及空时分组码等等)的大量应用，使得空间分集技术成为下一代移动通信系统的关键技术之一。另外正交频分复用(OFDM)技术可以把频率选择性信道转化为多个并行的平衰落信道，从而可以有效地克服无线信道的多径所导致的码元间干扰，极大地提高宽带无线通信系统的可靠性，因此正交频分复用(OFDM)技术已经被世界各种标准化组织采纳为物理层的主要传输技术之一，例如无线局域网(WLAN)IEEE802.11a/i、欧洲数字音频广播DAB、欧洲数字视频广播DVB等等。因此正交频分复用(OFDM)可以与多输入多输出(MIMO)技术相结合，充分利用两种技术优势达到提高整个通信系统的传输速率和可靠性的目的。因此MIMO-OFDM架构已经成为高速无线局域网(WLAN)IEEE802.11i的备选方案，并且该架构已被Wimax组织列为IEEE802.16d/e标准的物理层主要传输方案之一。

由于Wimax系统具有较高服务质量(QOS)要求，因此该系统需要根据信道状态信息(CSI)对发送端和接收端进行重配置和自适应调整，以满足宽带信息传输的要求。而信道状态信息(CSI)的测量通常是通过信噪比(SNR)的测量而得到的。而针对OFDM系统的每个子载波上的信噪比(SNR)的测量首先需要对噪声功率进行估计，并且当该 MIMO-OFDM系统采用最小均方误差(MMSE)译码算法时以及随后的Turbo译码等均需要准确的噪声功率估计。如果噪声功率估计不准确将导致用于信道状态信息测量的信噪比估计准确度下降，并且对于MIMO译码和信道译码而言也不能得到最优译码性能。因此噪声功率估计的准确性和可靠性将会直接影响系统的性能。

美国专利申请No.6,456,653“Fast and accurate signal-to-noise ratioestimation technique for OFDM systems”(2002年9月24日)提出了通过OFDM系统的虚载波来对噪声功率进行估计的方法，但是该方法容易受到相邻基站和相邻扇区的带外泄露信号功率的干扰，从而严重影响噪声功率估计的准确性。美国专利申请No.6,317,456“Methods of estimatingsignal-to-noise ratios”(2001年11月13日)提出了通过QPSK调制模式的同相分量和正交分量具有相同功率的关系来对噪声功率进行估计的方法，该方法在加性高斯白噪声信道下性能较好，而在衰落信道下容易受到信道衰落的影响，从而导致噪声功率估计准确性严重下降。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明。本发明致力于提供一种适用于多载波传输系统的噪声功率估计方法和装置，其能够利用接收信号中的处于相同子载波位置的导频子载波和/或数据子载波的接收功率来对噪声功率进行估计，实现简单，噪声功率估计准确，并且无需信道估计信息和准确的信道统计信息以及恒模调制等限制条件。

根据本发明的一个方面，提供了一种适用于多载波传输系统的噪声功率估计方法，其能够利用接收信号中的处于相同子载波位置的导频子载波和/或数据子载波的接收功率来对噪声功率进行估计，所述噪声功率估计方法包括以下步骤：对接收信号进行码元和频率同步以及傅利叶快速变换，从而输出频域信号；利用所述频域信号中具有不同功率系数的相同子载波位置处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率和/或不同区中的两个导频子载波的接收功率和/或不同区中的两个数据子载波的接收功率，来估计子载波的噪声功率；以及对所有子载波上的估计 噪声功率进行平均。

在上述噪声功率估计方法中，利用以下公式来估计子载波的噪声功率：

${\hat{N}}_k=\frac{[{\mathrm{Power}}_{1,k}-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)\·{\mathrm{Power}}_{2,k}]}{1-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)},$

其中，k是表示子载波位置的正整数，Power_1，k、Power_2，k分别表示第k子载波处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个导频子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个数据子载波的接收功率，B₁、B₂分别表示同一区中的导频子载波和数据子载波的功率系数，或者不同区中的两个导频子载波的功率系数，或者不同区中的两个数据子载波的功率系数。

根据本发明的另一方面，提供了一种适用于多载波传输系统的噪声功率估计装置，其能够利用接收信号中的处于相同子载波位置的导频子载波和数据子载波的接收功率来对噪声功率进行估计，所述噪声功率估计装置包括：导频子载波位置提取单元，其接收频域信号，并提取导频子载波的位置信息；噪声功率估计单元，其根据所述导频子载波位置提取单元提取出的位置信息，利用所述频域信号中具有不同功率系数的相同子载波位置处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率和/或具有不同功率系数的相同子载波位置处的不同区中的两个导频子载波的接收功率和/或具有不同功率系数的相同子载波位置处的不同区中的两个数据子载波的接收功率，来估计子载波的噪声功率，并对所有子载波上的噪声功率进行平均；以及平均单元，其对所述噪声功率估计单元估计出的各区域中的噪声功率进行平均，由此获得最终的功率估计值。

在上述噪声功率估计装置中，所述噪声功率估计单元利用以下公式来估计子载波的噪声功率：

${\hat{N}}_k=\frac{[{\mathrm{Power}}_{1,k}-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)\·{\mathrm{Power}}_{2,k}]}{1-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)},$

其中，k是表示子载波位置的正整数，Power_1，k、Power_2，k分别表示第k子载波处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个导频子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个数据子载波的接收功率，B₁、B₂分别表示同一区中的导频子载波和数据子载波的功率系数，或者不同区中的两个导频子载波的功率系数，或者不同区中的两个数据子载波的功率系数。

本发明所提供的上述噪声功率估计方法和装置，不需要任何关于信道的先验信息，并且不要求调制必需为恒模调制等苛刻条件，而适用于任何调制方式，但是要求对星座图的发射功率进行归一化处理(通信系统一般都会满足该条件)。

优选的是，所述噪声功率估计方法和装置仅仅利用导频子载波和与之相对应的数据子载波的接收功率来对噪声功率进行估计，然后通过针对多个子载波和多个码元进行统计平均，从而能够准确估计系统当前的噪声功率。

附图说明

图1是示出噪声功率估计装置在MIMO-OFDM系统中的位置的示意图；

图2是示出根据本发明的接收机中的噪声功率估计装置的示意图；

图3是示出根据本发明的噪声功率估计装置中所包括的第一噪声功率估计单元的示意图，该第一噪声功率估计单元利用前导区(Preamble)中的导频子载波和与之相对应的随后一个OFDM码元中的相同子载波位置处的数据子载波来进行噪声功率估计；

图4是示出根据本发明的噪声功率估计装置中所包括的第二噪声功率估计单元的示意图，该第二噪声功率估计单元利用FCH&DL_MAP&UL_MAP(帧头控制消息、下行帧映射消息、上行帧映射消息)区中的导频子载波和与之相对应的OFDM码元中的相同子载波位置处的数据子载波来进行噪声功率估计；

图5是示出根据本发明的噪声功率估计装置中所包括的第三噪声功 率估计单元的示意图，该第三噪声功率估计单元利用排列区(PermutationZone)中的导频子载波和与之相对应的OFDM码元中的相同子载波位置处的数据子载波来进行噪声功率估计；

图6是示出一根接收天线上的一个簇(cluster)内的频域接收信号的帧结构的示意图，其中包括前导区、FCH&DL_MAP&UL_MAP区、排列区以及导频和数据等；

图7是示出利用前导区中的导频子载波和与之相对应的随后一个OFDM码元中的相同子载波位置处的数据子载波进行噪声功率估计的分组示意图；

图8是示出利用FCH&DL_MAP&UL_MAP区中的导频子载波和与之相对应的OFDM码元中的相同子载波位置处的数据子载波进行噪声功率估计的分组示意图；

图9是示出利用排列区中的导频子载波和与之相对应的OFDM码元中的相同子载波位置处的数据子载波进行噪声功率估计的分组示意图；

图10是示出在发射天线上生成发送端的OFDM码元的过程的示意图；以及

图11是示出一根发射天线上的一个簇(cluster)内的频域发射信号的帧结构的示意图，其中包括前导区、FCH&DL_MAP&UL_MAP区、排列区以及导频和数据等。

具体实施方式

下面参照附图来描述根据本发明优选实施例的适用于OFDM系统的噪声功率估计方法和装置。本领域技术人员应当理解，所述噪声功率估计方法和装置同样适用于MIMO-OFDM系统，更广泛地说，适用于多载波传输系统。

首先阐述本发明的基本发明原理。

根据本发明，充分利用导频子载波和与之相对应的数据子载波的统计功率来对噪声功率进行准确估计，而不需要任何关于信道的先验信息，并且不要求将调制限定为恒模调制，而适用于任何调制方式，但是需要 对星座图的发射功率进行归一化处理。注意，本发明所使用的导频码元可以专门针对信道估计和系统同步而设计，而不必专门为噪声估计而设计。

假定导频子载波上的接收信号的统计功率为B₁，而与之相对应的数据子载波上的接收信号的统计功率为B₂(一般来讲，要保持信道估计的准确性和同步的准确性，往往需要满足B₁>B₂的条件)，并且假定在导频子载波和与之相应的数据子载波上存在同样的干扰源。定义Ω₁为连续两个OFDM码元内的导频子载波的集合，而Ω₂为与Ω₁具有相同子载波位置的数据子载波的集合。噪声功率估计的基本步骤为：

(1)对接收到的两个连续OFDM码元中的导频子载波上的接收信号(包括干扰和噪声)功率进行时间上的统计平均。定义Ω₁域内的第k个子载波上的导频子载波的统计平均接收功率为：

${\mathrm{Power}}_{\mathrm{pilots},k}=B_1\·(I_k+{\mathrm{Power}}_x)+{\hat{N}}_k---\left(1\right)$

其中，I_k是第k个子载波上的干扰功率，Power_x是信号功率，

是在第k个子载波估计到的噪声功率。

(2)对接收到的两个连续OFDM码元中与导频子载波相对应的数据子载波上的接收信号(包括干扰和噪声)功率进行时间上的统计平均。定义Ω₂域内的第k个子载波上的数据子载波的统计平均接收功率为：

${\mathrm{Power}}_{\mathrm{data},k}=B_2\·(I_k+{\mathrm{Power}}_x)+{\hat{N}}_k---\left(2\right)$

(3)因此在第k个子载波估计到的噪声功率为：

${\hat{N}}_k=\frac{[{\mathrm{Power}}_{\mathrm{pilots},k}-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)\·{\mathrm{Power}}_{\mathrm{data},k}]}{1-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)}---\left(3\right)$

(4)对所有子载波上估计的噪声功率进行统计平均，并进行多个OFDM码元和多帧平均，得到最终的噪声功率估计值。

上面描述了利用导频子载波和与之相对应的数据子载波的统计功率来估计噪声功率的方法。但本发明并不限于此，更一般地说，可以利用相同子载波位置处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率和/或不同区中的两个导频子载波的接收功率和/或不同区中的两个数据子载 波的接收功率，来估计子载波的噪声功率。因此，可以将上面的公式(3)修改为：

${\hat{N}}_k=\frac{[{\mathrm{Power}}_{1,k}-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)\·{\mathrm{Power}}_{2,k}]}{1-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)}---\left(3a\right)$

其中，k是表示子载波位置的正整数，Power_1，k、Power_2，k分别表示第k子载波处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个导频子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个数据子载波的接收功率，B₁、B₂分别表示同一区中的导频子载波和数据子载波的统计功率，或者不同区中的两个导频子载波的统计功率，或者不同区中的两个数据子载波的统计功率。

下面，以2x2MIMO-OFDM Wimax系统为例，对本发明的噪声功率估计方法和装置进行更详细的说明。

图1示出了噪声功率估计装置在MIMO-OFDM系统中的位置。

如图1所示，首先在码元与频率同步单元100处对接收信号进行码元与频率同步。然后，将同步后的信号输入到快速傅立叶变换(FFT)单元101中，在此进行FFT处理。经FFT处理后的输出信号用y[n]表示，n表示信号采样序号。随后该输出信号被输入到噪声功率估计装置103，在此对信号进行噪声功率估计。

下面参照图2对噪声功率估计装置103的构成及其操作进行详细说明。

如图2所示，噪声功率估计装置103包括导频子载波位置提取单元200、第一噪声功率估计单元201、第二噪声功率估计单元202、第三噪声功率估计单元203以及统计平均单元204。

FFT单元101输出的频域信号y[n]首先被输入到导频子载波位置提取单元200，在此提取有关导频子载波以及与之对应的数据子载波的位置信息。然后，把提取到的位置信息和接收信号分别输入给第一噪声功率估计单元201、第二噪声功率估计单元202及第三噪声功率估计单元203，从而分别对接收信号帧的不同位置进行噪声功率估计。最后，将三个噪 声功率估计单元估计出的噪声功率输入给统计平均单元204，在此进行统计平均，从而获得最终的噪声功率估计值σ²。

下面，分别参照图3、4、5对第一噪声功率估计单元201、第二噪声功率估计单元202及第三噪声功率估计单元203的构成及相应的操作进行说明。

第一噪声估计单元201是通过前导区中的导频子载波和随后一个OFDM码元中与之相匹配的数据子载波来进行噪声功率估计的。

如图3所示，第一噪声功率估计单元201包括前导区子载波提取部300、子载波接收功率平均部301、子载波分组部302、噪声功率估计部303。

接收机接收到的信号通常包括导频训练码元(通常是专为信道估计或系统同步设计的导频码元，但是可以利用其进行噪声功率估计)和数据码元，并且为了保证信道估计或系统同步的准确性，系统往往对该导频码元的功率进行了增强设计，以使导频码元的发送功率高于数据码元的发送功率(例如在IEEE802.16e标准中，导频子载波的功率为数据子载波的16/9倍)。

当接收机接收到前导码元以及随后的一个OFDM码元后，通过前导区子载波提取部300来提取前导码元中的导频子载波和与之对应的数据子载波。然后，在子载波接收功率平均部301处，对前导码元中的导频子载波和对应的数据子载波的接收功率分别在时域上针对多个OFDM码元和多帧进行统计平均。接下来，在子载波分组部302处，对前导码元中的导频和随后与之对应的相同子载波位置处的数据子载波进行分组处理。最后，在噪声功率估计部303处，针对每一个分组中的导频子载波和数据子载波按前面的公式(3)对噪声功率进行估计，并对在所有子载波上估计的噪声功率进行平均，而得到平均后的噪声功率。

第二噪声功率估计单元202是通过数据帧中的FCH&DL_MAP&UL_MAP区的导频码元和与该导频码元相对应的数据码元来对噪声功率进行估计的。

如图4所示，第二噪声功率估计单元202包括 FCH&DL_MAP&UL_MAP区子载波提取部400、子载波接收功率平均部401、子载波分组部402、噪声功率估计部403。

当接收机接收到前导码元以及随后的一个OFDM码元后，通过FCH&DL_MAP&UL_MAP区子载波提取部400，对FCH&DL_MAP&UL_MAP区中的导频子载波和对应的数据子载波进行提取。接下来，在子载波接收功率平均部401处，对FCH&DL_MAP&UL_MAP区中的导频子载波和对应的数据子载波的接收功率分别在时域上针对多个OFDM码元和多帧进行统计平均。然后，在子载波分组部402处，对前导码元中的导频子载波和随后与之对应的相同子载波位置处的数据子载波进行分组处理。最后，在噪声功率估计部403处，针对每一个分组中的的导频子载波和数据子载波按前面的公式(3)对噪声功率进行估计，并对所有子载波估计的噪声功率进行平均而得到平均后的噪声功率。

第三噪声估计单元203是通过数据帧中的数据排列区中的导频码元和与导频码元相对应的数据码元来对噪声功率进行估计的。

如图5所示，第三噪声功率估计单元203包括数据排列区子载波提取部500、子载波接收功率平均部501、子载波分组部502、噪声功率估计部503。

当接收机接收到整个下行帧后，通过数据排列区子载波提取部500来提取数据排列区中的导频子载波和与之对应的数据子载波。然后，在子载波接收功率平均部501处，对提取出的数据排列区中的导频子载波和对应的数据子载波的接收功率分别在时域上针对多个OFDM码元和多帧进行统计平均。接着，在子载波分组部502处，对数据排列区中的导频子载波和随后与之对应的相同子载波位置处的数据子载波进行分组处理。最后，在噪声功率估计部503处，针对每一个分组中的导频子载波和数据子载波按前面的公式(3)对噪声功率进行估计，并对在所有子载波上估计的噪声功率进行平均，从而得到平均后的噪声功率。

图6是在一根接收天线上的一个簇内接收到的数据帧的经FFT处理后的频域数据模型的示意图(其详细帧结构见Wimax标准IEEE 802.16e)。该接收信号可以分为A部分、B部分以及C部分，共三个部分。

图7是根据前导区中的导频子载波和随后的一个OFDM码元中与之相匹配的数据子载波来对噪声功率进行估计时的分组示意图，其对应于第一噪声功率估计单元201中的子载波分组部302的功能。

图8是根据FCH&DL_MAP&UL_MAP区中的导频子载波和与之相匹配的数据子载波来对噪声功率进行估计时的分组示意图，其对应于第二噪声功率估计单元202中的子载波分组部402的功能。

图9是根据数据排列区中的导频子载波和与之相匹配的数据子载波来对噪声功率进行估计时的分组示意图，其对应于第三噪声功率估计单元203中的子载波分组部502的功能。

下面结合图7、图8、图9中所示的分组处理，对噪声功率估计部303、403以及503的运算处理进行更为详细的描述。

首先描述噪声功率估计部303的运算处理。

如图7所示，当对数据帧中的A部分的导频子载波和与之对应的B部分的数据子载波进行分组以后，在一个分组中接收到的导频子载波上的信号和与之对应的数据子载波上的信号可以分别表示为：

$y_1=h_1\·2\sqrt{2}+n_1---\left(4\right)$

y₂＝h₂·x+n₂　　　　　　　　(5)

其中，2为前导区中的导频子载波上的调制码元(具体参见Wimax标准IEEE802.16e)，x为数据子载波上的调制码元，h₁、h₂分别表示导频子载波和数据子载波上的信道冲击响应，n₁、n₂分别表示导频子载波和数据子载波上的噪声。所以在导频子载波位置和与之对应的数据子载波位置上接收到的信号功率可以分别表示为：

E[‖y₁‖²]＝E[‖h₁‖²]·8+δ²　　　　　　(6)

E[‖y₂‖²]＝E[‖h₂‖²]·E[‖x‖²]+δ²　　　(7)

其中，σ²为噪声功率。通常来讲，发送星座码元的功率经过归一化处理，也就是说，满足等式E[‖x‖²]＝1。信道冲击响应h₁和h₂对应于同一物理子载波，针对多个帧或者多个码元进行平均后，满足关系 E[‖h₁‖²]＝E[‖h₂‖²]。由此得到的噪声功率估计值为：

${\mathrm{\δ}}^2=\frac{8\·E\left[{\left|\right|y_2\left|\right|}^2\right]-E\left[{\left|\right|y_1\left|\right|}^2\right]}{8-1}---\left(8\right)$

然后对多个分组估计得到的噪声功率估计值进行平均化处理。

下面描述噪声功率估计部403的运算处理。

首先对数据帧中的B部分的导频子载波和与其对应的数据子载波的接收功率在时间上进行统计平均，然后进行分组处理，如图8所示。导频子载波和数据子载波上的接收信号可以分别表示为：

y₁＝h₁·x+n₁　　　　　　　　　(9)

$y_2=h_2\·\frac{4}{3}+n_2---\left(10\right)$

其中

表示导频子载波上调制的星座码元(具体参见Wimax标准IEEE802.16e)。因此接收到的导频子载波和与其对应的数据子载波上的信号功率可以分别表示为：

E[‖y₁‖²]＝E[‖h₁‖²]·E[‖x‖²]+δ²    (11)

$E\left[{\left|\right|y_2\left|\right|}^2\right]=E\left[{\left|\right|h_2\left|\right|}^2\right]\·\frac{16}{9}+{\mathrm{\δ}}^2---\left(12\right)$

其中σ²为噪声功率。通常来讲，发送星座码元的功率经过归一化处理，也就是说，满足等式E[‖x‖²]＝1。导频子载波和数据子载波的信道冲击响应h₁和h₂在时间上的统计平均功率满足E[‖h₁‖²]＝E[‖h₂‖²]。因此，噪声功率的估计值可以表示为：

${\mathrm{\δ}}^2=\frac{\frac{16}{9}\·E\left[{\left|\right|y_1\left|\right|}^2\right]-E\left[{\left|\right|y_2\left|\right|}^2\right]}{\frac{16}{9}-1}---\left(13\right)$

然后对多个分组估计得到的噪声功率估计值进行平均化处理。

下面描述噪声功率估计部503的运算处理。

首先数据帧中的C部分的导频子载波和与其对应的数据子载波的接收功率在时间上进行统计平均，然后进行分组处理，如图9所示。导频子载波和数据子载波上的接收信号可以分别表示为：

$y_1=h_1\·\frac{4}{3}+n_1---\left(14\right)$

$y_2=h_2\·\frac{4}{3}+n_2---\left(15\right)$

y₃＝h₃₁·x+h₃₂·x+n₃(16)

y₄＝h₄₁·x+h₄₂·x+n₄(17)

其中

表示导频子载波上调制的星座码元(具体参见Wimax标准IEEE802.16e)。因此，接收到的导频子载波和与其对应的数据子载波上信号功率可以表示为：

$E\left[{\left|\right|y_1\left|\right|}^2\right]=\frac{16}{9}\·E\left[{\left|\right|h_1\left|\right|}^2\right]+{\mathrm{\δ}}^2---\left(18\right)$

$E\left[{\left|\right|y_2\left|\right|}^2\right]=\frac{16}{9}\·E\left[{\left|\right|h_2\left|\right|}^2\right]+{\mathrm{\δ}}^2---\left(19\right)$

E[‖y₃‖²]＝E[‖h₃₁‖²]+E[‖h₃₂‖²]+δ²(20)

E[‖y₄‖²]＝E[‖h₄₁‖²]+E[‖h₄₂‖²]+δ²(21)

通常来讲，发送星座码元的功率经过了归一化处理，也就是说，满足等式E[‖x‖²]＝₁。导频子载波和数据子载波的信道冲击响应h₁、h₂、h₃₁和h₃₂对应于同一子载波索引，但是来自不同的发送天线，在时间上的统计平均功率满足E[‖h₁‖²]＝E[‖h₃₁‖²]＝E[‖h₄₁‖²]，E[‖h₂‖²]＝E[‖h₃₂‖²]＝E[‖h₄₂‖²]，这是因为C部分的接收信号为来自不同发射天线的信号的叠加。因此可以得到以下关系式：

$E\left[{\left|\right|y_1\left|\right|}^2\right]+E\left[{\left|\right|y_2\left|\right|}^2\right]=\frac{16}{9}\·E\left[{\left|\right|h_1\left|\right|}^2\right]+\frac{16}{9}\·E\left[{\left|\right|h_2\left|\right|}^2\right]+2{\mathrm{\δ}}^2----\left(22\right)$

E[‖y₃‖²]+E[‖y₄‖²]＝(E[‖h₃₁‖²]+E[‖h₄₁‖²])+(E[‖h₃₂‖²]+E[‖h₄₂‖²])+2δ²(23)

$E\left[{\left|\right|y_1\left|\right|}^2\right]+E\left[{\left|\right|y_2\left|\right|}^2\right]=\frac{16}{9}\·E\left[{\left|\right|h_1\left|\right|}^2\right]+E\left[{\left|\right|h_2\left|\right|}^2\right]+2{\mathrm{\δ}}^2---\left(24\right)$

E[‖y₃‖²]+E[‖y₄‖²]＝2·E[‖h₁‖²]+2·E[‖h₂‖²]+2δ²(25)

其中σ²为噪声功率。所以噪声功率的估计值为：

${\mathrm{\δ}}^2=\frac{2\·(E\left[{\left|\right|y_1\left|\right|}^2\right]+E\left[{\left|\right|y_2\left|\right|}^2\right])-\frac{16}{9}\·(E\left[{\left|\right|y_3\left|\right|}^2\right]+E\left[{\left|\right|y_4\left|\right|}^2\right])}{4-\frac{32}{9}}---\left(26\right)$

然后对多个分组估计得到的噪声功率估计值进行平均化处理。

如上所述，当第一噪声功率估计单元201、第二噪声功率估计单元202和第三噪声功率估计单元203分别完成了噪声功率估计后，在统计平均单元204处，对三个噪声功率估计单元得到的噪声功率进行加权平均，从而得到最终的噪声功率估计值。

图10示出了在发送天线上生成OFDM码元的过程。在插入训练码 元(包括前导码元和导频)600后，对信号进行N点离散傅立叶逆变换(IFFT)601，然后对时域信号进行并串变换(P/S)602，接着对信号添加循环前缀(CP)603，最后将信号从天线发射出去。

图11示出了一个簇内详细的频域帧结构600，其中包括前导区、FCH&DL_MAP&UL_MAP区、排列区以及导频和数据等。

如上所述，对本发明的噪声功率估计方法和装置进行了描述。本发明的噪声功率估计方法和装置的优点在于，实现简单，噪声功率估计准确，并且无需信道估计信息和准确的信道统计信息，也不要求恒模调制等限制条件，而仅通过接收信号中的处于相同子载波位置的导频子载波和/或数据子载波的接收功率就可以对噪声功率进行准确的估计，而且已成功地应用于Wimax系统中。

需要说明的是，本发明的范围还包括用于执行上述噪声功率估计方法的计算机程序以及记录有该程序的计算机可读记录介质。作为记录介质，这里可以使用计算机可读的软盘、硬盘、半导体存储器、CD-ROM、DVD、磁光盘(MO)以及其它介质。

尽管以上仅选择了优选实施例来例示本发明，但是本领域技术人员根据这里公开的内容，很容易在不脱离由所附权利要求限定的发明范围的情况下进行各种变化和修改。上述实施例的说明仅是例示性的，而不构成对由所附权利要求及其等同物所限定的发明的限制。

Claims (15)

1.一种适用于多载波传输系统的噪声功率估计方法，其能够利用接收信号中的处于相同子载波位置的导频子载波和/或数据子载波的接收功率来对噪声功率进行估计，

所述噪声功率估计方法包括以下步骤：

对接收信号进行码元和频率同步以及傅利叶快速变换，从而输出频域信号；

利用所述频域信号中具有不同功率系数的相同子载波位置处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率和/或不同区中的两个导频子载波的接收功率和/或不同区中的两个数据子载波的接收功率，来估计子载波的噪声功率；以及

对在所有子载波上估计出的噪声功率进行平均，

其中，

所述噪声功率估计方法利用以下公式来估计子载波的噪声功率：

${\hat{N}}_k=\frac{[{\mathrm{Power}}_{1,k}-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)\·{\mathrm{Power}}_{2,k}]}{1-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)},$

其中，k是表示子载波位置的正整数，Power_1，k、Power_2，k分别表示第k子载波处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个导频子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个数据子载波的接收功率，B₁、B₂分别表示同一区中的导频子载波和数据子载波的功率系数，或者不同区中的两个导频子载波的功率系数，或者不同区中的两个数据子载波的功率系数。

2.根据权利要求1所述的噪声功率估计方法，其中，还针对多个码元和多个帧对子载波上的平均噪声功率进行了平均。

3.根据权利要求1所述的噪声功率估计方法，其中，所述噪声功率估计方法对前导区、帧头控制消息与下行帧映射消息与上行帧映射消息区以及数据排列区中的任何一个、任何两个或者全部三个中的噪声功率进行了估计，然后对所估计出的噪声功率进行平均。

4.根据权利要求3所述的噪声功率估计方法，其中，对前导区、帧头控制消息与下行帧映射消息与上行帧映射消息区以及数据排列区中的任何一个中的噪声功率进行估计的步骤包括以下步骤：

从所述区中提取导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波；

针对多个码元和多帧对所述导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波的接收功率进行平均；

对所述导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波进行分组；以及

针对每组导频子载波和对应的数据子载波，利用它们的平均接收功率来估计噪声功率，并对所有组的噪声功率进行平均。

5.根据权利要求1-4中的任何一项所述的噪声功率估计方法，其中，所述导频子载波针对信道估计和系统同步而设计，或者专门针对噪声功率估计而设计。

6.根据权利要求1-4中的任何一项所述的噪声功率估计方法，该噪声功率估计方法适用于OFDM系统。

7.根据权利要求1-4中的任何一项所述的噪声功率估计方法，该噪声功率估计方法适用于MIMO-OFDM系统。

8.一种适用于多载波传输系统的噪声功率估计装置，其能够利用接收信号中的处于相同子载波位置的导频子载波和数据子载波的接收功率来对噪声功率进行估计，

所述噪声功率估计装置包括：

导频子载波位置提取单元，其接收频域信号，并提取导频子载波的位置信息；

噪声功率估计单元，其根据所述导频子载波位置提取单元提取出的位置信息，利用所述频域信号中具有不同功率系数的相同子载波位置处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率和/或具有不同功率系数的相同子载波位置处的不同区中的两个导频子载波的接收功率和/或具有不同功率系数的相同子载波位置处的不同区中的两个数据子载波的接收功率，来估计子载波的噪声功率，并对所有子载波上的噪声功率进行平均；以及

平均单元，其对所述噪声功率估计单元估计出的各区域中的噪声功率进行平均，由此获得最终的功率估计值，

其中，

所述噪声功率估计单元利用以下公式来估计子载波的噪声功率：

${\hat{N}}_k=\frac{[{\mathrm{Power}}_{1,k}-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)\·{\mathrm{Power}}_{2,k}]}{1-\left(\frac{B_1}{B_2}\right)},$

其中，k是表示子载波位置的正整数，Power_1，k、Power_2，k分别表示第k子载波处的同一区中的导频子载波和数据子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个导频子载波的接收功率，或者第k子载波处的不同区中的两个数据子载波的接收功率，B₁、B₂分别表示同一区中的导频子载波和数据子载波的功率系数，或者不同区中的两个导频子载波的功率系数，或者不同区中的两个数据子载波的功率系数。

9.根据权利要求8所述的噪声功率估计装置，其中，

所述噪声功率估计单元包括以下中的任何一个、任何两个或者全部三个：

第一噪声功率估计单元，其根据所述导频子载波位置提取单元提取出的位置信息，从接收到的频域信号中提取出前导区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波，由此对前导区中的噪声功率进行估计；

第二噪声功率估计单元，其根据所述导频子载波位置提取单元提取出的位置信息，从接收到的频域信号中提取出帧头控制消息与下行帧映射消息与上行帧映射消息区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波，由此对帧头控制消息与下行帧映射消息与上行帧映射消息区中的噪声功率进行估计；

第三噪声功率估计单元，其根据所述导频子载波位置提取单元提取出的位置信息，从接收到的频域信号中提取出数据排列区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波，由此对数据排列区中的噪声功率进行估计。

10.根据权利要求9所述的噪声功率估计装置，其中，

所述第一噪声功率估计单元包括：

前导区子载波提取部，其提取前导区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波；

子载波接收功率平均部，针对多个码元和多帧对所述前导区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波的接收功率进行平均；

子载波分组部，其对所述前导区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波进行分组；以及

噪声功率估计部，其针对每一组导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波，利用它们的平均接收功率，来估计噪声功率，并对所有组的噪声功率进行平均。

11.根据权利要求9所述的噪声功率估计装置，其中，

所述第二噪声功率估计单元包括：

帧头控制消息与下行帧映射消息与上行帧映射消息区子载波提取部，其提取帧头控制消息与下行帧映射消息与上行帧映射消息区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波；

子载波接收功率平均部，其针对多个码元和多帧对所述帧头控制消息与下行帧映射消息与上行帧映射消息区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波的接收功率进行平均；

子载波分组部，其对所述帧头控制消息与下行帧映射消息与上行帧映射消息区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波进行分组；以及

噪声功率估计部，其针对每一组导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波，利用它们的平均接收功率，来估计噪声功率，并对所有组的噪声功率进行平均。

12.根据权利要求9所述的噪声功率估计装置，其中，

所述第三噪声功率估计单元包括：

数据排列区子载波提取部，其提取数据排列区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波；

子载波接收功率平均部，其针对多个码元和多帧对所述数据排列区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波的接收功率进行平均；

子载波分组部，其对所述数据排列区中的导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波进行分组；以及

噪声功率估计部，其针对每一组导频子载波以及与该导频子载波对应的数据子载波，利用它们的平均接收功率，来估计噪声功率，并对所有组的噪声功率进行平均。

13.根据权利要求8-12中的任何一项所述的噪声功率估计装置，其中，所述导频子载波针对信道估计和系统同步而设计，或者专门针对噪声功率估计而设计。

14.根据权利要求8-12中的任何一项所述的噪声功率估计装置，该噪声功率估计装置适用于OFDM系统。

15.根据权利要求8-12中的任何一项所述的噪声功率估计装置，该噪声功率估计装置适用于MIMO-OFDM系统。

Images