CN101626354A - 多径信道的噪声估计方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多径信道的噪声估计方法，包括以下步骤：对多径信道进行信道估计，得到多径信道的各径信道的时域响应估计值；设置噪声门限；选取各径信道的所有径中其功率低于噪声门限的径，并根据选取的径的时域响应估计值计算多径信道的噪声估计值。本发明克服了相关技术中利用信号子空间的噪声估计方法需要对接收信号进行高阶统计，复杂度较高的问题，进而达到了降低信道噪声估计复杂度的效果。

Description

多径信道的噪声估计方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体而言，涉及一种多径信道的噪声估计方法和装置。

背景技术

无线通信系统中，信噪比为接收端输出的信号平均功率与噪声平均功率之比，是衡量接收性能的一个重要指标，可用于去除噪声、提高软解调精度、功率控制、自适应编码调制、信道译码等。其中，噪声平均功率可通过对信道进行噪声估计来得到，故信道的噪声估计是无线通信中一项至关重要的技术。

针对多径时变信道的无线通信系统，相关技术提供了一种基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)的利用信号子空间的噪声估计方法。

在实现本发明过程中，发明人发现相关技术中利用信号子空间的噪声估计方法需要对接收信号进行高阶统计，复杂度较高。

发明内容

本发明旨在提供一种多径信道的噪声估计方法，能够解决相关技术中利用信号子空间的噪声估计方法需要对接收信号进行高阶统计，复杂度较高的问题。

在本发明的实施例中，提供了一种多径信道的噪声估计方法，包括以下步骤：对多径信道进行信道估计，得到多径信道的各径信道的时域响应估计值；设置噪声门限；选取各径信道的所有径中其功率低于噪声门限的径，并根据选取的径的时域响应估计值计算多径信道的噪声估计值。

另一方面，在本发明的实施例中，还提供了一种多径信道的噪声估计装置，包括：信道估计模块，用于对多径信道进行信道估计，得到多径信道的各径信道的时域响应估计值；设置模块，用于设置噪声门限；计算模块，用于选取各径信道的所有径中其功率低于噪声门限的径，并根据选取的径的时域响应估计值计算多径信道的噪声估计值。

因为上述实施例利用多径信道的各径信道的时域响应估计值，并通过设置噪声门限来完成对信道的噪声估计，所以克服了相关技术中利用信号子空间的噪声估计方法需要对接收信号进行高阶统计，复杂度较高的问题，进而达到了降低信道噪声估计复杂度的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施例的噪声估计方法的流程图；

图2示出了根据本发明第二实施例的噪声估计方法的流程图；

图3示出了根据本发明第三实施例的噪声估计方法的流程图；

图4示出了根据本发明第四实施例的噪声估计方法的流程图；

图5示出了根据本发明第五实施例的噪声估计装置的结构图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图1示出了根据本发明第一实施例的噪声估计方法的流程图，包括以下步骤：

步骤S10，对多径信道进行信道估计，得到多径信道的各径信道的时域响应估计值h(l)，其中l＝0，1，……，L-1；

步骤S20，设置噪声门限P_T；

步骤S30，选取各径信道的所有径中其功率|h(l)|²低于噪声门限P_T的径，并根据选取的径的时域响应估计值计算多径信道的噪声估计值P_N。

上述实施例首先对多径信道进行信道估计来得到多径信道的各径信道的时域响应估计值h(l)，即使信道估计结果为信道的频域响应H(k)，也可通过IFFT(Inverse Fast Fourier Transform，快速傅立叶逆变换)转化为时域响应，然后设置噪声门限P_T，并与各径信道的功率|h(l)|²进行比较，其功率|h(l)|²高于噪声门限P_T的径被认为是有效多径，其功率|h(l)|²低于噪声门限P_T的径被认为是噪声多径，最后，根据噪声多径的时域响应估计值h(l)计算多径信道的噪声估计值P_N。其中，时域响应估计值h(l)的模值|h(l)|可视为径的幅度，多径信道时域响应估计值h(l)的模值平方|h(l)|²可视为径的功率，故通过比较径的功率|h(l)|²与噪声门限P_T的大小关系，可判断出该径是否属于噪声。本实施例基于二阶统计特性，根据多径信道的时域响应估计值h(l)得到多径信道的噪声估计值P_N，克服了相关技术中利用信号子空间的噪声估计方法需要对接收信号进行高阶统计，复杂度较高的问题，进而达到了降低信道噪声估计复杂度的效果。

优选地，如图2所示，步骤S20具体包括：步骤S201，对时域响应估计值h(l)进行滑动窗处理，计算滑动窗内的各径信道的平均功率；步骤S202，从多个位置的滑动窗的平均功率中选择最小值P₁；步骤S203，将最小值P₁与第一系数α的乘积αP₁设置为噪声门限P_T。

滑动窗用于在多径信道的各径信道的时域响应估计值h(l)中滑动，对于其滑动经过的多个位置，均计算此时滑动窗内的各径信道的平均功率，从多个位置的滑动窗的平均功率中选择最小值P₁，即

$P_1=\frac{1}{N_w}\underset{l=k}{\overset{k+N_w-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h\left(l\right)\right|}^2,$

其中，l＝k和l＝k+N_w-1分别表示平均功率达到最小值P₁时滑动窗的起始和结束位置；N_w为滑动窗的窗长，其选取原则是：在保证平均功率达最小时对应的滑动窗不包含有效多径的前提下，N_w的值应尽可能地大；|h(l)|表示对复数h(l)取模。此时得到的最小值P₁可视为多径信道噪声估计的初步结果。再将最小值P₁与第一系数α的乘积αP₁设置为噪声门限P_T，即P_T＝αP₁，其中，第一系数α的值，若取得过大会导致将有效多径误判为噪声多径，若取得过小则会导致将噪声多径误判为有效多径。通常情况下，α的取值范围为3～8，其具体取值根据具体情况可作适当调整，并不局限于上述给定的取值范围，比如当窗长N_w的值较小时α可取得略大一些。本实施例利用对多径信道的时域响应估计值进行滑动窗处理来设置噪声门限P_T，简单易行，同时通过利用统计特性又兼顾了噪声判定的准确性。

优选地，步骤S20具体包括：将上一次的噪声估计值与第二系数α′的乘积设置为噪声门限P_T。

利用上一次的噪声估计值，也可确定噪声门限的设置值，乘积因子调整为第二系数α′，通常情况下，第二系数α′的取值范围为2～5，其具体取值根据具体情况可作适当调整，并不局限于上述给定的取值范围。本实施例直接利用上一次的噪声估计值来设置噪声门限，进一步降低了噪声估计过程的复杂度。

优选地，步骤S30具体包括：选取各径信道的所有径中其功率|h(l)|²低于噪声门限P_T的径，计算选取的径的平均功率P₂，即

$P_2=\frac{1}{N_2}\underset{l\∈A_2}{\mathrm{\Σ}}{\left|h\left(l\right)\right|}^2,$

其中，A₂为所有满足|h(l)|²＜P_T的l，N₂为A₂中元素的个数，并设置P₂为多径信道的噪声估计值P_N，即P_N＝P₂。

本实施例通过计算被判为噪声多径的各径信道的平均功率P₂，来确定多径信道的噪声估计值P_N的方案，简单易行的同时也保证了较高的噪声估计精度。

优选地，如图3所示，步骤S30具体包括：步骤S301，选取各径信道的所有径中其功率|h(l)|²低于噪声门限P_T的径，并计算选取的径的平均功率P₂；步骤S302，对平均功率P₂进行低通滤波；步骤S303，设置滤波后的结果P₃为噪声估计值P_N，即P_N＝P₃。

本实施例中，对被判为噪声多径的各径信道的平均功率P₂进行低通滤波，并设置滤波后的结果为噪声估计值P_N，由于屏蔽了噪声估计过程中产生的高频干扰，从而提高了噪声估计精度。

优选地，步骤S30具体包括：选取各径信道的所有径中其功率|h(l)|²低于噪声门限P_T的径，并计算选取的径的平均功率P₂；对平均功率P₂与之前一次或多次的噪声估计值进行加权平均；设置加权平均后的结果P′₃为噪声估计值P_N，即P_N＝P′₃。

本实施例中，计算得到噪声多径的各径信道的平均功率P₂后，将其与之前一次或多次的噪声估计值进行加权平均，并设置加权平均后的结果为噪声估计值P_N，在噪声估计的其他条件一定时，对多次估计结果进行加权平均，可减小估计过程中产生的偶然误差，从而提高噪声估计精度。

优选地，如图4所示，步骤S10具体包括：步骤S101，对多径信道进行信道估计；步骤S102，对信道估计结果进行低通滤波，并将低通滤波后的结果设置为多径信道的各径信道的时域响应估计值h(l)；步骤S30具体包括：步骤S304，选取各径信道的所有径中其功率|h(l)|²低于噪声门限P_T的径，并计算选取的径的平均功率P′₂；步骤S305，设置平均功率P′₂与第三系数β的乘积为噪声估计值P_N。

本实施例中，对信道估计结果进行低通滤波，并将低通滤波后的结果设置为多径信道的各径信道的时域响应估计值h(l)，同时为了补偿对信道估计结果进行低通滤波而造成的增益损失，需要对判为噪声多径的各径信道的平均功率P′₂作相应的调整，即将P′₂与第三系数β的乘积设置为噪声估计值P_N，即P_N＝βP′₂，其中，β＞1，β的具体取值需根据所采用的低通滤波器的特性来确定。本实施例通过低通滤波屏蔽了来自信道估计过程中产生的高频干扰，从而实现了提高噪声估计精度的效果。

优选地，步骤S10具体包括：对多径信道进行信道估计；将当前的信道估计结果与之前一次或多次的信道估计结果进行加权平均，并将加权平均后的结果设置为多径信道的各径信道的时域响应估计值h(l)；步骤S30具体包括：选取各径信道的所有径中其功率|h(l)|²低于噪声门限P_T的径，并计算选取的径的平均功率P″₂；设置平均功率P₂与第四系数β′的乘积为噪声估计值P_N。

本实施例中，将当前的信道估计结果与之前一次或多次的信道估计结果进行加权平均，并将加权平均后的结果设置为多径信道的各径信道的时域响应估计值h(l)，同时为了补偿对信道估计结果进行加权平均造成的增益损失，需要对判为噪声多径的各径信道的平均功率P″₂作相应的调整，即将P′₂与第四系数β′的乘积设置为噪声估计值P_N，即P_N＝β′P″₂，其中，β′＞1，β′的具体取值需参考加权系数来确定，本实施例通过将当前的信道估计结果与之前一次或多次的信道估计结果进行加权平均，减小了信道估计过程中的偶然误差，从而提高噪声估计精度。

另一方面，图5示出了根据本发明第五实施例的噪声估计装置50的结构图，该装置包括：

信道估计模块501，用于对多径信道进行信道估计，得到多径信道的各径信道的时域响应估计值；

设置模块502，用于设置噪声门限；

计算模块503，用于选取各径信道的所有径中其功率低于噪声门限的径，并根据选取的径的时域响应估计值计算多径信道的噪声估计值。

上述实施例首先通过信道估计模块501对多径信道进行信道估计来得到多径信道的各径信道的时域响应估计值h(l)，即使信道估计结果为信道的频域响应H(k)，也可通过IFFT(Inverse Fast FourierTransform，快速傅立叶逆变换)转化为时域响应，然后通过设置模块502设置噪声门限P_T，并与各径信道的功率|h(l)|²进行比较，其功率|h(l)|²高于噪声门限P_T的径被认为是有效多径，其功率|h(l)|²低于噪声门限P_T的径被认为是噪声多径，最后，由计算模块503根据噪声多径的时域响应估计值h(l)计算多径信道的噪声估计值P_N。其中，时域响应估计值h(l)的模值|h(l)|可视为径的幅度，多径信道时域响应估计值h(l)的模值平方|h(l)|²可视为径的功率，故通过比较径的功率|h(l)|²与噪声门限P_T的大小关系，可判断出该径是否属于噪声。本实施例基于统计特性，根据多径信道的时域响应估计值h(l)得到多径信道的噪声估计值P_N，克服了相关技术中利用信号子空间的噪声估计方法需要对接收信号进行高阶统计，复杂度较高的问题，进而达到了降低信道噪声估计复杂度的效果。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例以较低的复杂度实现了较高的噪声估计精度。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种多径信道的噪声估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

对所述多径信道进行信道估计，得到所述多径信道的各径信道的时域响应估计值；

设置噪声门限；

选取所述各径信道的所有径中其功率低于所述噪声门限的径，并根据选取的径的所述时域响应估计值计算所述多径信道的噪声估计值。

2.根据权利要求1所述的噪声估计方法，其特征在于，设置噪声门限，具体包括：

对所述时域响应估计值进行滑动窗处理，计算所述滑动窗内的各径信道的平均功率；

从多个位置的所述滑动窗的所述平均功率中选择最小值；

将所述最小值与第一系数的乘积设置为所述噪声门限。

3.根据权利要求1所述的噪声估计方法，其特征在于，设置噪声门限，具体包括：

将上一次的所述噪声估计值与第二系数的乘积设置为所述噪声门限。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的噪声估计方法，其特征在于，根据选取的径的所述时域响应估计值计算所述多径信道的噪声估计值，具体包括：

设置选取的径的平均功率为所述多径信道的噪声估计值。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的噪声估计方法，其特征在于，根据选取的径的所述时域响应估计值计算所述多径信道的噪声估计值，具体包括：

计算选取的径的平均功率；

对选取的径的所述平均功率进行低通滤波；

设置滤波后的结果为所述噪声估计值。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的噪声估计方法，其特征在于，根据选取的径的所述时域响应估计值计算所述多径信道的噪声估计值，具体包括：

计算选取的径的平均功率；

对选取的径的所述平均功率与之前一次或多次的所述噪声估计值进行加权平均；

设置加权平均后的结果为所述噪声估计值。

7.根据权利要求2所述的噪声估计方法，其特征在于，

对所述多径信道进行信道估计，得到所述多径信道的各径信道的时域响应估计值，具体包括：

对所述多径信道进行信道估计；

对信道估计结果进行低通滤波，并将低通滤波后的结果设置为所述多径信道的各径信道的时域响应估计值；

根据选取的径的所述时域响应估计值计算所述多径信道的噪声估计值，具体包括：

计算选取的径的平均功率；

设置选取的径的所述平均功率与第三系数的乘积为所述噪声估计值。

8.根据权利要求2所述的噪声估计方法，其特征在于，

对所述多径信道进行信道估计，得到所述多径信道的各径信道的时域响应估计值，具体包括：

对所述多径信道进行信道估计；

将当前的信道估计结果与之前一次或多次的所述信道估计结果进行加权平均，并将加权平均后的结果设置为所述多径信道的各径信道的时域响应估计值；

根据选取的径的所述时域响应估计值计算所述多径信道的噪声估计值，具体包括：

计算选取的径的平均功率；

设置选取的径的所述平均功率与第四系数的乘积为所述噪声估计值。

9.一种多径信道的噪声估计装置，其特征在于，包括：

信道估计模块，用于对所述多径信道进行信道估计，得到所述多径信道的各径信道的时域响应估计值；

设置模块，用于设置噪声门限；

计算模块，用于选取所述各径信道的所有径中其功率低于所述噪声门限的径，并根据选取的径的所述时域响应估计值计算所述多径信道的噪声估计值。

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