具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
理论上,信道自由度越大,其频域信道响应H的峰均比越小。特殊的,由于AWGN信道的径数为1,速度为0,其频域信道响应H的平均功率基本等于最大功率,因此AWGN信道的峰均比理论上为1。
以下阐述峰均比与信道自由度的理论关系:
●首先,对推导过程中所用的信号进行假设。
为方便计算,假设现有信号的实部和虚部都服从均值为0、方差为σ2的高斯分布,信号的幅度服从瑞利分布。对应的,单径信号的功率服从有中心的、具有两个自由度的X2分布。多径信号的径为独立同分布的瑞利信号,多径信号的功率服从有中心的、具有多个自由度的X2分布。
●然后,对所述假设信号的峰均比进行理论计算。
1.计算平均功率:
自由度为n的X
2分布
其中,X
i是独立同分布的高斯随机变量。Y的均值即为所述信号的平均功率,为:
E(Y)=nσ2 (1)
2.计算最大功率:
用概率的方法定义接收信号的频域信道响应H在一个估计周期内的最大功率,设接收信号s(t)在概率Pc处的截断最大功率值为sp,只要有:
Pr[|s(t)|<sp]=Pc (2)
则sp为信号s(t)的最大功率,Pc可定义为0.95、0.99等值。
根据不同自由度的X2分布的概率密度函数PDF计算相应的累积分布函数:
对于自由度为1的X2分布Y=X2,其概率密度函数PDF为:
Y的累积分布函数为:
对于自由度为n的X
2分布
其中,X
i是独立同分布的高斯随机变量,具有零均值和方差σ
2。其概率密度函数为:
在以上公式5中,Γ()为γ函数,其定义为:
Y的累计分布函数为:
当n为偶数时,上式积分可以表示成封闭形式,令m=n/2,可简化得:
由此得,当自由度n=2时,Y的累积分布函数为:
当自由度n=4时,Y的累积分布函数为:
当自由度n=6时,Y的累积分布函数为:
3.假设截断概率为0.99,则将Y的累积分布函数带入公式(2),得
Pr[|s(t)|<sp]=FY=0.99 (12)
将上述所得不同自由度n时Y的累积分布函数带入公式(12),并计算得当自由度n=2时,
由公式13解得最大功率为:
当自由度n=4时
由公式15解得最大功率为:sp=13.2σ2 (16)
当自由度n=6时
由公式17解得最大功率为:sp=16.8σ2 (18)
●最后,计算峰均比,通过比较所述信号的峰均比大小,得出自由度对信号功率峰均比的影响。
峰均比即为所述信号的最大功率sp与所述信号的平均功率E(Y)的比值。
根据上述步骤已得出不同自由度的信号的最大功率与平均功率,则不同自由度的峰均比值如下:
当自由度n=2时,峰均比为:
当自由度n=4时,峰均比为:
当自由度n=6时,峰均比为:
由以上推导过程,可得出当n增大时,峰均比越小。通过对不同信道的峰均比进行理论推导,证明了不同信道的峰均比之间的关系,但其峰均比的极限值不会小于1。
特殊的,对于AWGN信道模型,只有一条径,且为静态信道,即只受到噪声的影响,因此在理论上其最大功率和平均功率基本相同,峰均比为1。而AWGN以外的多径信道的峰均比都大于1,因此可以设定将峰均比等于1或接近于1的信道判定为AWGN信道。
实施例1
本发明实施例提供一种信道速度估计方法,如图3所示,包括:
101、根据接收信号的频域信道响应H计算一个估计周期内的平均功率和最大功率,并计算峰均比。
其中,所述估计周期可以通过仿真确定,或者也可以通过实验过经验设定,本发明实施例对此不做限定。所述估计周期的设定目标为,既可以保证良好的实时跟踪性,又可以得到波动较小的峰均比。
102、根据所述峰均比和预设的峰均比门限进行信道速度估计。
其中,峰均比门限可以通过仿真实验得到,通过对不同速度下的信道进行仿真,并检测和计算其峰均比,得到合理的峰均比门限。
例如,由于实际测量中计算结果不一定能达到理论值,因此可以设定AWGN信道的峰均比门限为1.2,若接收信号的峰均比<1.2,则将该信道判定为AWGN信道,或者可将该信道判定为低速档位。相反的,若接收信号的峰均比>1.2,则该信道为AWGN信道以外的衰落信道。
本发明实施例提供的信道速度估计方法,由于AWGN信道的频域信道响应H峰均比的理论值为1,具有明显的区分特征,根据接收信号的峰均比和预设的峰均比门限对接收信号进行信道速度估计,与现有技术中通过电平通过率对接收信号进行信道速度估计的方法相比,可以清楚的将速度为0的AWGN信道从其他衰落信道中区分出来,而不会错误估计AWGN信道的速度。
实施例2
本发明实施例提供一种信道速度估计方法,如图4所示,可以包括:
201、通过仿真确定不同速度信道的峰均比门限。
其中,可以通过仿真确定不同速度信道对应的峰均比门限,所述不同速度信道的峰均比门限包括:AWGN信道峰均比门限和/或不同速度衰落信道的峰均比门限。同时,也可以通过仿真确定合适的估计周期,估计周期过大则速度的实时跟踪性不好,估计周期过小则峰均比的波动会较大。
202、对所述估计周期内每一个子帧的频域信道响应H进行时域和频域的加权平滑。
其中,步骤202是可选步骤。所述对估计周期内每一个子帧的频域信道响应H进行时域和频域的加权平滑的目的是降低噪声对计算峰均比值的影响,也可以不执行步骤202的平滑操作,直接采用频域信道响应H进行计算。
203、在所述估计周期内根据预设的峰值概率计算所述频域信道响应H的最大值,得到所述最大功率。
其中,可以通过信号检测设备测量频域信道响应H的最大值,或者可以预设峰值的截断概率,即将在截断概率处得到的功率值作为最大值。例如,可根据精度要求将截断概率预设为0.95、0.99等值,对频域信道响应H的最大值做一个范围估计,整个估计周期内有99%的实际功率值低于截断概率处的功率值,,则在截断概率0.99处得到的功率值可以作为频域信道响应H的最大功率。
204、在所述估计周期内计算所述频域信道响应H的平均值,得到所述平均功率。
其中,平均值的计算方法可以为,计算一个估计周期内全部功率值之和,将求和后的结果除以该估计周期内全部功率值的个数,得到一个估计周期内的平均功率。
205、计算所述最大功率与所述平均功率的比值,得到所述峰均比。
其中,峰均比可以根据精度需要去除小数位,例如精确到0.1或0.01。
206、对相邻估计周期内的峰均比进行滤波。
在本实施例中,步骤206为可选步骤,也可以不执行步骤206的滤波操作,通过步骤205得到接收信号的峰均比后,直接将所述峰均比与预设的峰均比门限进行比较。对相邻估计周期内的峰均比进行滤波,得到波动较小的相对稳定的接收信号的峰均比,从而可以得到更准确的信道速度估计结果。
207、根据所述峰均比和预设的AWGN峰均比门限,区分出AWGN信道。
其中,根据步骤201中仿真得到的AWGN峰均比门限,可以区分出AWGN信道。具体的,由于AWGN信道的理论峰均比为1,为了包含实际误差,可以将AWGN信道的峰均比门限设定为1.1或1.2或1.3等。将不高于所述AWGN峰均比门限的信道判定为AWGN信道,相应的,将高于所述AWGN峰均比门限的信道判定为衰落信道。
进一步的,在区分出AWGN信道后,为了更进一步对衰落信道进行速度估计,该方法还可以包括:
208、根据所述接收信号的电平通过率LCR对除所述AWGN信道之外的衰落信道进行速度估计。
当然,对衰落信道的速度估计可以采用LCR,或相关系数速度估计,或多普勒速度估计等,本发明实施例对此不做限定。
需要说明的是,本发明实施例中部分步骤的具体描述可以参考实施例1中的对应内容,本发明实施例这里将不再一一赘述。
本发明实施例提供的信道速度估计方法,由于AWGN信道的频域信道响应H峰均比的理论值为1,具有明显的区分特征,根据接收信号的峰均比和预设的峰均比门限对接收信号进行信道速度估计,与现有技术中通过电平通过率对接收信号进行信道速度估计的方法相比,可以清楚的将速度为0的AWGN信道从其他衰落信道中区分出来,而不会错误估计AWGN信道的速度。
并且,通过峰均比区分出AWGN信道后,还可以结合现有信道速度估计方法进一步估计衰落信道的速度。
实施例3
本发明实施例提供一种信道速度估计装置,如图5所示,包括:峰均比计算单元31、信道速度估计单元32。
峰均比计算单元31,用于根据接收信号的频域信道响应H计算一个估计周期内的平均功率和最大功率,并计算峰均比。
信道速度估计单元32,用于根据所述峰均比和预设的峰均比门限进行信道速度估计。
进一步的,如图6所示,所述峰均比计算单元31具体可以包括:第一计算模块311、第二计算模块312、第三计算模块313。
第一计算模块311,用于在所述估计周期内根据预设的峰值概率计算所述频域信道响应H的最大值,得到所述最大功率。
第二计算模块312,用于在所述估计周期内计算所述频域信道响应H的平均值,得到所述平均功率。
第三计算模块313,用于计算所述最大功率与所述平均功率的比值,得到所述峰均比。
进一步的,如图7所示,该信道速度估计装置还可以包括:加权平滑单元33。
加权平滑单元33,用于在所述峰均比计算单元31根据接收信号的频域信道响应H计算一个估计周期内的平均功率和最大功率,并计算峰均比之前,对所述估计周期内每一个子帧的频域信道响应H进行时域和频域的加权平滑。
进一步的,如图8所示,所述信道速度估计单元32具体还可以包括:信道区分模块321、速度估计模块322。
信道区分模块321,用于对所述峰均比和预设的加性高斯白噪声AWGN峰均比门限,区分出AWGN信道。
速度估计模块322,用于根据所述接收信号的电平通过率LCR对除所述AWGN信道之外的衰落信道进行速度估计。
进一步的,所述信道速度估计单元32还可以包括:滤波模块323。
滤波模块323,用于对相邻估计周期内的峰均比进行滤波。
所述速度估计模块322,还用于根据滤波后的峰均比和预设的峰均比门限进行信道速度估计。
进一步的,如图9所示,该信道速度估计装置还包括:仿真单元34。
仿真单元34,用于通过仿真确定不同速度信道的峰均比门限。
其中,所述不同速度信道的峰均比门限包括:AWGN信道峰均比门限和/或不同速度衰落信道的峰均比门限。进一步的,所述估计周期也可以通过仿真确定。
需要说明的是,本发明实施例中部分步骤的具体描述可以参考实施例1中的对应内容,本发明实施例这里将不再一一赘述。
本发明实施例提供的信道速度估计装置,由于AWGN信道的频域信道响应H峰均比的理论值为1,具有明显的区分特征,通过根据接收信号的峰均比和预设的峰均比门限对接收信号进行信道速度估计,与现有技术中通过电平通过率对接收信号进行信道速度估计的方法相比,可以清楚的将速度为0的AWGN信道从其他衰落信道中区分出来,而不会错误估计AWGN信道的速度。
并且,通过峰均比区分出AWGN信道后,还可以结合现有信道速度估计方法进一步估计衰落信道的速度。
通过以上的实施方式的描述,所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中,如计算机的软盘,硬盘或光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
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以所述权利要求的保护范围为准。