CN101662441B - 信号估计方法、装置及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种信号估计方法、装置及检测系统，属于通信领域。所述方法包括：接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号；根据先验信息重建发送信号的均值和方差；根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差，根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和等效噪声的方差对频域的接收信号进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值；对发送信号的频域估计值进行反离散傅里叶变换，得到发送信号的估计值。本发明实施例根据接收信号估计发送信号时，在信道估计中考虑了信道衰落系数估计误差对信号估计过程的影响，使信号的估计结果更加准确。

Description

信号估计方法、装置及检测系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种信号估计方法、装置及检测系统。

背景技术

目前，在无线通信系统中使用多天线发送和多天线接收，可以成倍地提高通信系统的传输能力。为了进一步提高数据传输速率，采用带宽传输技术，例如OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)技术实现数据传输。由于OFDM系统发射信号峰均比较高，为了降低采用OFDM技术的系统中发射信号的峰均比，现有带宽传输采用具有低峰均比的多天线DFT-S-OFDM(Discrete Fourier Transform Spread OFDM，离散傅里叶变换扩展的正交频分复用)技术，这一技术虽然具有单载波传输技术低峰均比的特性，却又引入同一天线上不同时刻的信号干扰。

针对天线间存在的干扰以及同一天线上不同时刻的信号干扰存在多种估计方法，在现有的信号估计方法中，信道参数必须已知才能够对接收端的接收信号进行检测，进而估计出发送端发送的信号。信道参数在仿真时通常都假设精确已知，但在实际系统中，信道频域衰落系数通常通过信道估计方法得到。但是这样的信道估计存在误差，包含误差的信道估计值用于根据接收端的接收信号估计发送端的发送信号时，会影响估计的精度，降低接收机的性能。

发明内容

本发明的实施例提供一种信号估计方法及装置，在根据接收信号估计发送信号时，在信道估计中考虑信道衰落系数估计误差对信号估计过程的影响，使信号的估计结果更加准确。

本发明实施例提供一种信号估计方法，包括：

接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号；

根据先验信息重建发送信号的均值和发送信号的方差；

根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差，其中，所述等效噪声包括信道频域衰落系数的估计误差和加性高斯噪声；

根据所述重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和所述等效噪声的方差对所述频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值；

对所述发送信号的频域估计值进行反离散傅里叶变换，得到发送信号的估计值。

本发明实施例提供一种信号估计装置，包括：

接收模块，用于接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号；

重建模块，用于根据先验信息重建发送信号的均值和发送信号的方差；

等效噪声方差获取模块，用于根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差，其中，所述等效噪声包括信道频域衰落系数的估计误差和加性高斯噪声；

处理模块，用于根据所述重建模块重建的发送信号的均值的傅里叶变换、所述重建模块重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和所述等效噪声方差获取模块获取的等效噪声的方差对所述接收模块接收的频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值；

反变换模块，用于对所述处理模块得到的发送信号的频域估计值进行反离散傅里叶变换，得到发送信号的估计值。

本发明实施例提供一种检测系统，包括译码器和上述的信号估计装置；所述译码器，用于接收所述信号估计装置输出的信息；

所述译码器还用于向所述信号估计装置反馈先验信息。

本发明实施例提供的信号估计方法、装置及检测系统，在无线通信系统基站侧根据接收信号估计发送信号时，在信道估计中考虑了信道衰落系数估计误差对信号估计过程的影响，使信号的估计结果更加准确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种信号估计方法流程图；

图2为本发明实施例提供的又一种信号估计方法流程图；

图3为本发明实施例提供的信号估计装置结构框图；

图4为本发明实施例提供的检测系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例信号估计方法及装置进行详细描述。

本发明实施例提供的信号估计方法，可以应用于基站侧的接收机中。为了抵抗噪声和干扰，信号接收机通常采用差错控制编码，而高效的差错控制编码通常使用软判决译码，即，为译码器输入比特位的软信息，相应地，要求检测器为译码器提供软信息。其中，软信息可以是信号中比特位1或0出现的概率，而非比特位(1或0)本身。例如似然比信息是软信息的一种，其为比特位中1出现的概率/0出现的概率。

在基站侧的信号接收端，检测器同译码器迭代工作的迭代检测译码接收机中，检测器是软输入软输出的。其中，软输入软输出表示检测器不仅能够输出软信息至译码器，而且能够使用译码器反馈的软信息作为先验信息输入检测器。其中，译码器为检测器反馈的先验信息可以认为是原始发送信号的信息比特经过编码所得编码比特的软信息。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种信号估计方法流程图，该方法包括以下内容。

101：接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号。

在本发明实施例中，可以是对基站侧的接收天线上的接收信号进行去循环前缀操作后，再对进行离散傅里叶变换，可以得到频域的接收信号，而检测器接收该频域接收信号，对该频域接收信号进行进一步处理。

102：根据先验信息重建发送信号的均值和发送信号的方差。

在本发明实施例中，发送信号可以是终端的发送天线发出的信号，该信号经过信道变换后，到达基站侧的接收天线，成为接收天线的接收信号。

其中，先验信息可以为译码器向检测器反馈的软信息，可以认为是终端发送天线的发送信号经过编码所得编码比特的软信息。

其中，根据先验信息重建发送信号的均值和发送信号的方差可以根据贝叶斯原理得到，例如可以为：

假设每M_c个编码比特映射到星座点的集合χ中的某个星座点α(c)上，形成发送信号x_k，x_k为发送信号矢量x_t中的元素。若译码器生成发送信号x_k的先验信息为L_k，j ^α，j＝1，2，...M。根据先验信息L_k，j ^α，可以计算发送信号x_k的概率如下：

$P[x_k=\mathrm{\α}\left(c\right)]=\underset{j=1}{\overset{M_c}{\mathrm{\Π}}}\frac{1}{1+\exp (-{\tilde{c}}_j{L}_{k,j}^{\mathrm{\α}})}$

其中，α(c)是星座点集合χ中的某一点， ${\tilde{c}}_j=\left\{\begin{array}{cc}+1& c_j=1\\ -1& c_j=0\end{array}\right.,$ c_j表示映射到星座点α(c)所对应的第j个比特，exp()表示取指数，∏表示连乘。

根据上述发送信号x_k的概率，可以重建发送信号x_k的均值μ_k和方差v_k：

${\mathrm{\μ}}_k=\underset{\mathrm{\α}\left(c\right)\∈\mathrm{\χ}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\α}\left(c\right)P[x_k=\mathrm{\α}\left(c\right)]$

$v_k=(\underset{\mathrm{\α}\left(c\right)\∈\mathrm{\χ}}{\mathrm{\Σ}}{\left|\mathrm{\α}\left(c\right)\right|}^{2}P[x_k=\mathrm{\α}\left(c\right)])-{\left|{\mathrm{\μ}}_k\right|}^2,$

其中，||²表示绝对值的平方。

103：根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差，其中，等效噪声包括信道频域衰落系数的估计误差和加性高斯噪声。

其中，等效噪声的方差可以通过以下方式获取：

${\mathrm{\σ}}_{\tilde{z}}^2\left(k\right)=N_T{\mathrm{\σ}}_{\widetilde{\mathrm{\λ}}}^2+{\mathrm{\σ}}_z^2,$ 其中，表示信道频域衰落系数的估计误差的方差，表示等效噪声的方差，σ_z ²表示加性高斯噪声的方差，N_T表示终端侧的发送天线个数，取自然数。当然，还可以通过其他方式获取等效噪声的方差，只要是在等效噪声的方差中可以体现加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差即可。

104：根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和等效噪声的方差对频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值；

其中，该步骤中，可以通过以下方式得到发送信号的频域估计值：

$\hat{X}=\{\mathrm{diag}\left\{\mathrm{\α}\right\}{\mathrm{\Σ}}^{-1}{\widehat{\mathrm{\Λ}}}^H(y-\widehat{\mathrm{\Λ}}\mathrm{\η})+\mathrm{\η}\},$

其中，η表示重建的发送信号的均值的傅里叶变换，y表示频域的接收信号，

表示信道频域衰落系数的估计值矩阵， ${\mathrm{\Σ}}^{-1}=\mathrm{diag}\{{\mathrm{\Σ}}_1^{-1},{\mathrm{\Σ}}_2^{-1},...,{\mathrm{\Σ}}_M^{-1}\},$ ${\mathrm{\Σ}}_k={\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k^H{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k\stackrel{\‾}{V}+{\mathrm{\σ}}_{\tilde{z}}^2\left(k\right)I_{N_T},k=\mathrm{1,2},...M,$ M表示每个用户在频域上所占用子载波的个数，()^H表示对矩阵进行转置，

表示等效噪声的方差，

表示表示N_T维的单位矩阵， $\stackrel{\‾}{V}=\mathrm{diag}\{{\stackrel{\‾}{v}}_1,{\stackrel{\‾}{v}}_2,...,{\stackrel{\‾}{v}}_M\},$ 表示重建的发送信号的方差，diag{}表示取对角阵， $\mathrm{\α}={[{\mathrm{\α}}_{\mathrm{1,1}},...,{\mathrm{\α}}_{N_T,1},...,{\mathrm{\α}}_{1,M},...,{\mathrm{\α}}_{N_T,M}]}^T,$ ${\mathrm{\α}}_{t,1}={\mathrm{\α}}_{t,2}=...={\mathrm{\α}}_{t,M}={\mathrm{\α}}_t=\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_t},$ ${\mathrm{\ρ}}_t=\frac{1}{M}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}_t^H{\mathrm{\Σ}}^{-1}{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k^H{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k{e}_t,$ e_t是N_T维的列向量，其第t个元素为1，其余为零。

105：对发送信号的频域估计值进行反离散傅里叶变换，得到发送信号的估计值。

本发明实施例提供的信号估计方法，由于在无线通信系统基站侧根据接收信号估计发送信号时，在信道估计中考虑了信道衰落系数估计误差对信号估计过程的影响，使信号的估计结果更加准确。

如图2所示，为本发明实施例提供的信号估计方法流程图，该方法可以应用于多天线DFT-S-OFDM通信系统的软输入软输出检测器中。

本发明实施例假设多天线DFT-S-OFDM通信系统中有N_T个终端侧的发送天线，基站侧有N_R个接收天线，此时传输信道为多天线发送和多天线接收信道，即MIMO(Multiple Input Multiple Out-put)信道。需要说明的是，本发明实施例以MIMO信道为例说明，但并一定要限定在MIMO的场景中。该信号估计方法可以包括以下内容。

201：对接收信号进行离散傅里叶变换，得到频域的接收信号。

其中，在基站侧的N_R个接收天线中的第r个接收天线上的接收信号，经过离散傅里叶变换为频域的接收信号，该信号可以为：

$y_r={\mathrm{\Ω}}^T{F}_N{Y}_r=\underset{t=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Λ}}_{r,t}F{x}_t+z_r---\left(1\right)$

其中，Ω^T表示子载波反映射矩阵，F_N为N×N的归一化DFT矩阵，N表示频域的子载波总个数，Y_r表示第r个接收天线去除循环前缀的接收信号，x_t表示第t个终端的发送天线的发送信号矢量，其元素个数为M；M表示每个用户在频域上所占用子载波的个数；F为M×M的归一化DFT矩阵；Λ_r，t为M×M的对角阵，其对角元素为第r个接收天线与第t个用户发送天线之间信道的频域衰落系数λ_r，t(k)，k＝1，2，...M，记为Λ_r，t＝diag{λ_r，t(1)，λ_r，t(2)，...，λ_r，t(M)}；z_r为第r个接收天线上的加性高斯噪声，假设该加性高斯噪声的分布参数中均值为0，方差为σ_z ²；以vec{A}表示由矩阵A逐列排成的列矢量，设 $y=\mathrm{vec}\left\{{[y_1,y_2,...,y_{N_R}]}^T\right\},$ $x=\mathrm{vec}\left\{{[x_1,x_2,...,x_{N_T}]}^T\right\},$ $z=\mathrm{vec}\left\{{[z_1,z_2,...,z_{N_R}]}^T\right\},$ 则公式(1)可以写成矩阵和向量的表达式：

$y=\mathrm{\Λ}\tilde{F}x+z---\left(2\right)$

其中，Λ＝diag{Λ₁，Λ₂，...，Λ_M}，

$\tilde{F}=F\⊗I_{N_T},$ 其中，

表示Kronecker乘积(矩阵的直积)，表示N_T维的单位矩阵。

202：根据先验信息重建发送信号的均值和发送信号的方差；

其中，发送信号可以是终端的发送天线发出的信号，该信号经过信道变换后，到达基站侧的接收天线，成为接收天线的接收信号。

先验信息可以为译码器向检测器反馈的软信息，可以认为是终端发送天线的发送信号经过编码所得编码比特的软信息。

重建的发送信号的均值和重建的发送信号的方差可以是根据先验信息重建得到的。根据先验重建发送信号的均值和发送信号的方差可以通过步骤102中的方法实现，此处不赘述。

假设μ表示利用先验信息重建发送信号的均值矢量，V表示利用先验信息重建发送信号的协方差矩阵：

$\mathrm{\μ}=E\left\{x\right\}={[{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{1,1}},...,{\mathrm{\μ}}_{N_T,1},...,{\mathrm{\μ}}_{1,M},...,{\mathrm{\μ}}_{N_T,M}]}^T---\left(3\right)$

$V=\mathrm{Cov}\{x,x\}=\mathrm{diag}\{v_{\mathrm{1,1}},...,v_{N_T,1},...,v_{1,M},...,v_{N_T,M}\}---\left(4\right)$

其中，μ_t，m和v_t，m分别表示终端侧的第t个发送天线的第m个发送符号的均值和方差。

在本发明实施例中，将信号估计的方法应用于检测器同译码器迭代工作的迭代检测译码接收机中，可以根据译码器输出的先验信息，重建发送信号的均值和发送信号的方差作为检测器的软输入，与译码器之间迭代工作。

203：根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、加性高斯噪声的方差以及信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差。

在本发明实施例中，等效噪声包括信道频域衰落系数的估计误差和加性高斯噪声，具体说明如下：

首先，构建包含信道频域衰落系数的估计误差的接收信号模型；

其中，信道频域衰落系数可以通过信道估计方法得到，而信道估计一般是存在误差，在信道估计存在误差的情况下，假设信道频域衰落系数λ_r，t(k)的估计误差模型为：

${\mathrm{\λ}}_{r,t}\left(k\right)={\widehat{\mathrm{\λ}}}_{r,t}\left(k\right)+{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_{r,t}\left(k\right)---\left(5\right)$

其中，

为信道频域衰落系数λ_r，t(k)的估计值，

为信道频域衰落系数λ_r，t(k)的估计误差，假设该估计误差

的均值为0，方差为

且各个之间统计独立。

定义： $\widehat{\mathrm{\Λ}}=\mathrm{diag}\{{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_1,{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_2,...,{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_M\},$ $\widetilde{\mathrm{\Λ}}=\mathrm{diag}\{{\widetilde{\mathrm{\Λ}}}_1,{\widetilde{\mathrm{\Λ}}}_2,...,{\widetilde{\mathrm{\Λ}}}_M\},$ 其中，

其中，k＝1，2，...M；M、N_T、N_R表示的含义均与上述201中相同，此处不再赘述。

因此，信道频域衰落系数的估计误差模型可记为矩阵形式，如下：

$\mathrm{\Λ}=\widehat{\mathrm{\Λ}}+\widetilde{\mathrm{\Λ}}---\left(6\right)$

Λ表示信道频域衰落系数矩阵；

为信道频域衰落系数矩阵Λ的估计矩阵；

为信道频域衰落系数矩阵Λ的估计误差矩阵。

然后，将信道频域衰落系数的估计误差模型(6)代入公式(2)中，可得包含信道频域衰落系数的估计误差的接收信号模型为：

$y=\widehat{\mathrm{\Λ}}\tilde{F}x+\widetilde{\mathrm{\Λ}}\tilde{F}x+z=\widehat{\mathrm{\Λ}}\tilde{F}x+\tilde{z}---\left(7\right)$

其中， $\tilde{z}=\widetilde{\mathrm{\Λ}}\tilde{F}x+z$ 表示信道频域衰落系数的估计误差对接收信号的影响与加性高斯噪声对接收信号的影响之和，可以将其称之为接收信号的等效噪声。

具体地，步骤203可以包括：

1)对重建的发送信号的均值矢量μ进行傅里叶变换，得到傅里叶变换之后的矢量，记为η；同时定义 ${\mathrm{\η}}_k={[{\mathrm{\η}}_{1,k},{\mathrm{\η}}_{2,k},...,{\mathrm{\η}}_{N_T,k}]}^T;$ 其中，k＝1，2，...M，表示子载波序号；

2)对重建的发送信号的方差v_t，m在同一天线内进行平均处理，即：

${\stackrel{\‾}{v}}_t=\frac{1}{M}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{t,m},$

3)计算每个子载波上的等效噪声方差为 ${\mathrm{\σ}}_{\tilde{z}}^2\left(k\right)={\mathrm{\σ}}_{\widetilde{\mathrm{\λ}}}^2({\mathrm{\η}}_k^H{\mathrm{\η}}_k+\underset{t=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{v}}_t)+{\mathrm{\σ}}_z^2,$ 其中，k＝1，2，...M表示子载波序号，

表示信道频域衰落系数的估计误差的方差； ${\mathrm{\η}}_k={[{\mathrm{\η}}_{1,k},{\mathrm{\η}}_{2,k},...,{\mathrm{\η}}_{N_T,k}]}^T,$ σ_z ²表示加性高斯噪声的方差。

204：根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和等效噪声的方差对接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值和发送信号的估计误差的方差。

205：对线性滤波和干扰抵消后的发送信号的频域估计值进行反离散傅里叶变换，得到发送信号的估计值，输出发送信号的估计值。

上述步骤204的内容和步骤205的内容可以用公式表示：

由包含信道频域衰落系数的估计误差的接收信号模型(7)，利用最小均方准则，可得发送信号x的估计值：

$\hat{x}={\tilde{F}}^H\{\mathrm{diag}\left\{\mathrm{\α}\right\}{\mathrm{\Σ}}^{-1}{\widehat{\mathrm{\Λ}}}^H(y-\widehat{\mathrm{\Λ}}\mathrm{\η})+\mathrm{\η}\}---\left(8\right)$

其中， ${\mathrm{\Σ}}^{-1}=\mathrm{diag}\{{\mathrm{\Σ}}_1^{-1},{\mathrm{\Σ}}_2^{-1},...,{\mathrm{\Σ}}_M^{-1}\},$ ${\mathrm{\Σ}}_k={\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k^H{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k\stackrel{\‾}{V}+{\mathrm{\σ}}_{\tilde{z}}^2\left(k\right)I_{N_T},$ $\stackrel{\‾}{V}=\mathrm{diag}\{{\stackrel{\‾}{v}}_1,{\stackrel{\‾}{v}}_2,...,{\stackrel{\‾}{v}}_M\},$ $\mathrm{\α}={[{\mathrm{\α}}_{\mathrm{1,1}},...,{\mathrm{\α}}_{N_T,1},...,{\mathrm{\α}}_{1,M},...,{\mathrm{\α}}_{N_T,M}]}^T,$ ${\mathrm{\α}}_{t,1}={\mathrm{\α}}_{t,2}=...={\mathrm{\α}}_{t,M}={\mathrm{\α}}_t=\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_t},$ ${\mathrm{\ρ}}_t=\frac{1}{M}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{e}_t^H{\mathrm{\Σ}}^{-1}{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k^H{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k{e}_t,$ 各个参数中，( )^H表示对矩阵进行转置运算；e_t是N_T维的列向量，其第t个元素为1，其余为零；其他各个参数的含义均与上述相同，此处不再赘述。

公式(8)中，表示对接收信号在频域进行线性滤波；

表示对接收信号在频域进行干扰抵消；

表示对接收信号进行反离散傅里叶变换。

在公式(8)中，残余的干扰和噪声可以用高斯分布近似，将公式(8)的结果

等效为发送信号x经过加性高斯噪声信道的输出，即：

${\hat{x}}_{t,m}\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{x}_{t,m}+n_{t,m}---\left(9\right)$

其中，

表示发送信号x的估计值矩阵中的元素；x_t，m表示发送信号x矩阵中的元素；n_t，m表示发送信号的估计误差，即残余的干扰和噪声矩阵中的元素；

表示近似等于。

进一步地，根据公式(8)还可以得到发送信号估计误差的方差为：

${\mathrm{\σ}}_{n,t,m}^2={\mathrm{\α}}_t-{\stackrel{\‾}{v}}_t---\left(10\right)$

其中，各个参数的含义与上述表示相同，此处不再赘述。

206：根据发送信号的估计值和发送信号估计误差的方差，计算每个比特的对数似然比。

其中，步骤206的计算方法与现有的方法基本相同，此处不再赘述。

此外，计算后得到的对数似然比即比特的软信息，可以将该软信息作为译码器的输入，经过译码器输出后再经过解交织器得到先验信息，利用该先验信息可以用于后续过程中重建发送信号的均值和方差。

在迭代检测译码接收机中，基于信道频域衰落系数的估计误差的信号估计方法，可以将信道频域衰落系数的估计误差的方差、利用译码器反馈的先验信息重建的发送信号的均值和方差作为检测器的软输入，将

和σ_n，t，m ²作为检测器的软输出，与译码器之间进行迭代。在检测器与译码器迭代工作的过程中，译码器输出的先验信息是不断更新的。对于初始的检测，由于译码器没有输出，此时，可以假设根据先验信息重建的发送信号的均值为0，根据先验信息重建的发送信号的方差为1，将该均值和方差作为检测器的软输入。

本实施例在多天线DFT-S-OFDM系统的信号估计方法中，由于在无线通信系统基站侧根据接收信号估计发送信号时，在信道估计中考虑了信道衰落系数估计误差对信号估计过程的影响，使信号的估计结果更加准确，同时满足了无线通信系统迭代接收机对高性能以及低处理复杂度的要求。

本发明实施例提供一种信号估计装置，如图3所示，该装置包括：

接收模块31，用于接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号；

重建模块32，用于根据先验信息重建发送信号的均值和发送信号的方差；

等效噪声方差获取模块33，用于根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差，其中，等效噪声包括信道频域衰落系数的估计误差和加性高斯噪声；

处理模块34，用于根据重建模块32重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建模块32重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和等效噪声方差获取模块获取的等效噪声的方差对接收模块接收的频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值；

反变换模块35，用于对处理模块34得到的发送信号的频域估计值进行反离散傅里叶变换，得到发送信号的估计值。

其中，处理模块34可以包括：

线性滤波单元，用于根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和等效噪声的方差对频域的接收信号在频域进行线性滤波；

干扰抵消单元，用于根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和等效噪声的方差对频域的接收信号在频域进行干扰抵消。

进一步地，处理模块34，还可以用于根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和等效噪声的方差对频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号估计误差的方差。

进一步地，该信号估计装置还可以包括：

对数似然比计算模块，根据处理模块得到的发送信号的估计值和发送信号估计误差的方差，计算每个比特的对数似然比，后续的装置(例如译码器)可以根据对数似然比更新先验信息。

其中，等效噪声方差获取模块33可以通过以下方式获取等效噪声方差：

根据加性高斯噪声的方差σ_z ²和信道频域衰落系数的估计误差的方差

获取等效噪声的方差 ${\mathrm{\σ}}_{\tilde{z}}^2\left(k\right)=N_T{\mathrm{\σ}}_{\widetilde{\mathrm{\λ}}}^2+{\mathrm{\σ}}_z^2,$ 其中，N_T表示终端侧的发送天线个数；或者，

根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换η、重建的发送信号的方差

加性高斯噪声的方差σ_z ²以及信道频域衰落系数的估计误差的方差

获取等效噪声的方差 ${\mathrm{\σ}}_{\tilde{z}}^2\left(k\right)={\mathrm{\σ}}_{\widetilde{\mathrm{\λ}}}^2({\mathrm{\η}}_k^H{\mathrm{\η}}_k+\underset{t=1}{\overset{N_T}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{v}}_t)+{\mathrm{\σ}}_z^2,$

其中，k表示子载波序号，N_T表示终端侧的发送天线个数，

表示对所有发送天线内重建的发送信号的方差求和。

上述信号估计装置中的各个模块的工作原理可以参考前述的信号估计方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。

本实施例提供的信号估计装置可以是基于信道估计存在误差的检测器，由于在无线通信系统基站侧根据接收信号估计发送信号时，在信道估计中考虑了信道衰落系数估计误差对信号估计过程的影响，使信号的估计结果更加准确。

本发明实施例还提供一种检测系统，该系统可以包括译码器以及图3实施例所示的信号估计装置，该译码器用于接收信号估计装置输出的信息；

该译码器还用于向信号估计装置反馈先验信息。

进一步地，该检测系统可以是检测器同译码器迭代工作的迭代检测译码接收机。在该接收机中，信号估计装置可以是检测器，该检测器是软输入软输出的，即检测器不仅能够输出软判决信息至译码器，而且能够使用译码器反馈的软信息作为先验信息。如图4所示，为本发明实施例提供的一种检测系统，该系统可以是存在信道估计误差的迭代接收机，该迭代接收机中包括：对接收信号进行去循环前缀部分，OFDM解调部分，基于信道估计存在误差的检测器(即信号估计装置)、交织器、解交织器以及译码器。

其中，OFDM解调部分包括对接收信号的串并转换、傅里叶变换、子载波反映射以及并串部分；

交织器与解交织器可以把信号序列重新组织，以提高信号接收性能；

基于信道估计存在误差的检测器(即信号估计装置)向译码器方向输出信号比特的软信息，例如比特的对数似然比；由于在实际通信系统中，信道频域衰落系数是通过信道估计方法得到的，而信道估计总是存在误差，该误差会降低接收性能，因此本发明实施例在检测器内部引入信道衰落系数估计误差对接收信号检测的影响，以提高信号的接收性能；

译码器向检测器反馈软信息，该软信息为先验信息，在译码器与检测器迭代工作的过程中，该先验信息是不断更新的，检测器可以根据先验信息重建发送信号的均值和方差作为检测器的软输入。

本实施例提供的包含信号估计装置的迭代接收机，在根据接收信号估计发送信号时，在信道估计中考虑了信道衰落系数估计误差对信号估计过程的影响，使信号的估计结果更加准确，满足了无线通信系统迭代接收机对高性能以及低处理复杂度的要求。

本发明实施例可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，例如，计算机的硬盘、缓存或光盘中。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，所描述系统，装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本申请的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种信号估计方法，其特征在于，所述方法包括：

接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号；

根据先验信息重建发送信号的均值和发送信号的方差；

根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差，其中，所述等效噪声包括信道频域衰落系数的估计误差和加性高斯噪声；

根据所述重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和所述等效噪声的方差对所述频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值；

对所述发送信号的频域估计值进行反离散傅里叶变换，得到发送信号的估计值；

所述根据所述重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和所述等效噪声的方差对所述频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值包括：

根据

对接收信号y在频域进行线性滤波，根据

对接收信号在频域进行干扰抵消，获得所述发送信号的频域估计值 $\hat{X}=\left\{\mathrm{diag}\right\{\mathrm{\α}\}{\mathrm{\Σ}}^{-1}{\widehat{\mathrm{\Λ}}}^H(y-\widehat{\mathrm{\Λ}}\mathrm{\η})+\mathrm{\η}\},$

其中，η表示重建的发送信号的均值的傅里叶变换，y表示频域的接收信号，

表示信道频域衰落系数的估计值矩阵，

k＝1，2，...，M，M表示每个用户在频域上所占用子载波的个数，()^H表示对矩阵进行转置，

表示等效噪声的方差，

表示表示N_T维的单位矩阵，

表示重建的发送信号的方差，diag{ }表示取对角阵， $\mathrm{\α}={[{\mathrm{\α}}_{\mathrm{1,1}},...,{\mathrm{\α}}_{N_T,1},...,{\mathrm{\α}}_{1,M},...,{\mathrm{\α}}_{N_T,M}]}^T,$ ${\mathrm{\α}}_{t,1}={\mathrm{\α}}_{t,2}=...={\mathrm{\α}}_{t,M}={\mathrm{\α}}_t=\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_t},$

e_t是N_T维的列向量，其第t个元素为1，其余为零。

2.根据权利要求1所述的信号估计方法，其特征在于，所述根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差包括：

根据加性高斯噪声的方差

和信道频域衰落系数的估计误差的方差

获取等效噪声的方差其中，N_T表示终端侧的发送天线个数。

3.根据权利要求1所述的信号估计方法，其特征在于，所述根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差包括：

根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换η、重建的发送信号的方差

加性高斯噪声的方差

以及信道频域衰落系数的估计误差的方差

获取等效噪声的方差

其中，k表示子载波序号，N_T表示终端侧的发送天线个数，

表示对所有发送天线内重建的发送信号的方差求和。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的信号估计方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号估计误差的方差

其中，

5.根据权利要求4所述的信号估计方法，其特征在于，根据所述发送信号的估计值和所述发送信号估计误差的方差，计算每个比特的对数似然比，根据所述对数似然比更新所述先验信息。

6.一种信号估计装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收经过离散傅里叶变换的频域接收信号；

重建模块，用于根据先验信息重建发送信号的均值和发送信号的方差；

等效噪声方差获取模块，用于根据加性高斯噪声的方差和信道频域衰落系数的估计误差的方差获取等效噪声的方差，其中，所述等效噪声包括信道频域衰落系数的估计误差和加性高斯噪声；

处理模块，用于根据所述重建模块重建的发送信号的均值的傅里叶变换、所述重建模块重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和所述等效噪声方差获取模块获取的等效噪声的方差对所述接收模块接收的频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号的频域估计值；

反变换模块，用于对所述处理模块得到的发送信号的频域估计值进行反离散傅里叶变换，得到发送信号的估计值；

所述处理模块具体用于：

根据

对接收信号y在频域进行线性滤波，根据

对接收信号在频域进行干扰抵消，获得所述发送信号的频域估计值 $\hat{X}=\left\{\mathrm{diag}\right\{\mathrm{\α}\}{\mathrm{\Σ}}^{-1}{\widehat{\mathrm{\Λ}}}^H(y-\widehat{\mathrm{\Λ}}\mathrm{\η})+\mathrm{\η}\},$

其中，η表示重建的发送信号的均值的傅里叶变换，y表示频域的接收信号，

表示信道频域衰落系数的估计值矩阵， ${\mathrm{\Σ}}^{-1}=\mathrm{diag}\{{\mathrm{\Σ}}_1^{-1},{\mathrm{\Σ}}_2^{-1},...{\mathrm{\Σ}}_M^{-1}\},$ ${\mathrm{\Σ}}_k={\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k^H{\widehat{\mathrm{\Λ}}}_k\stackrel{\‾}{V}+{\mathrm{\σ}}_{\tilde{z}}^2\left(k\right)I_{N_T},$ k＝1，2，...，M，M表示每个用户在频域上所占用子载波的个数，( )^H表示对矩阵进行转置，表示等效噪声的方差，

表示表示N_T维的单位矩阵，

表示重建的发送信号的方差，diag{ }表示取对角阵， $\mathrm{\α}={[{\mathrm{\α}}_{\mathrm{1,1}},...,{\mathrm{\α}}_{N_T,1},...,{\mathrm{\α}}_{1,M},...,{\mathrm{\α}}_{N_T,M}]}^T,$ ${\mathrm{\α}}_{t,1}={\mathrm{\α}}_{t,2}=...={\mathrm{\α}}_{t,M}={\mathrm{\α}}_t=\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_t},$

e_t是N_T维的列向量，其第t个元素为1，其余为零。

7.根据权利要求6所述的信号估计装置，其特征在于，所述处理模块包括：

线性滤波单元，用于根据所述重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和所述等效噪声的方差对所述频域的接收信号在频域进行线性滤波；

干扰抵消单元，用于根据所述重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和所述等效噪声的方差对所述频域的接收信号在频域进行干扰抵消。

8.根据权利要求6所述的信号估计装置，其特征在于，所述处理模块，还用于根据所述重建的发送信号的均值的傅里叶变换、重建的发送信号的方差、信道频域衰落系数的估计值和所述等效噪声的方差对所述频域的接收信号在频域进行线性滤波和干扰抵消，得到发送信号估计误差的方差。

9.根据权利要求8所述的信号估计装置，其特征在于，所述信号估计装置还包括：

对数似然比计算模块，根据所述处理模块得到的发送信号的估计值和所述发送信号估计误差的方差，计算每个比特的对数似然比。

10.根据权利要求6-9任一项所述的信号估计装置，其特征在于，所述等效噪声方差获取模块通过以下方式获取所述等效噪声方差：

根据加性高斯噪声的方差

和信道频域衰落系数的估计误差的方差

获取等效噪声的方差

其中，N_T表示终端侧的发送天线个数；或者，

根据重建的发送信号的均值的傅里叶变换η、重建的发送信号的方差、加性高斯噪声的方差

以及信道频域衰落系数的估计误差的方差

获取等效噪声的方差

其中，k表示子载波序号，N_T表示终端侧的发送天线个数，

表示对所有发送天线内重建的发送信号的方差求和。

11.一种检测系统，其特征在于，所述系统包括译码器和如权利要求6-10中任意一项权利要求所述的信号估计装置；所述译码器，用于接收所述信号估计装置输出的信息；

所述译码器还用于向所述信号估计装置反馈先验信息。

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