CN102833195B - Lte/lte‑a系统中估计干扰与噪声功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LTE/LTE‑A系统中估计干扰与噪声功率的方法，用主同步信号或辅同步信号估计干扰与噪声功率，或分别用主同步信号和辅同步信号估计干扰与噪声功率，合并两个估计结果，估计过程包括如下步骤：同步完成后，根据当前子载波的实际发送值和实际接收值，计算出当前子载波的信道系数估计值；计算出相邻子载波的估计接收值；对相邻子载波的实际接收值和估计接收值进行差分相关计算；对差分相关计算结果进行统计平均计算；计算出干扰与噪声功率的估计值。本发明利用同步信道信号估计干扰和噪声功率，提升了干扰与噪声功率的估计效果，从而提升了OFDM和MIMO技术的实施效果，进而提升了系统的性能。

Description

LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法

技术领域

本发明涉及一种LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法。

背景技术

LTE(Long Term Evolution，长期演进)/LTE-A(Long Term Evolution Advanced，长期演进的增强)系统是B3G(Beyond Third Generation in mobile communicationsystem，超三代移动通信系统)的主流系统之一，其物理层主要技术包括正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)和多输入多输出(MultipleInput Multiple Output，MIMO)技术。干扰和噪声功率估计的准确率对所述两种技术的实施具有很大的影响。在信道估计、MIMO均衡、信道译码中，干扰和噪声功率估计的准确率直接影响上述技术实施的效果，准确的干扰噪声功率估计可显著提升系统的性能。

传统的噪声功率估计方法包括：利用循环前缀(Cyclic Prefix，CP)估计噪声功率、利用信道估计结果估计噪声功率、利用发送调制符号的特性估计噪声功率(如M2M4算法)等。

利用循环前缀估计噪声功率的方法的缺陷是：假设一个OFDM符号的头部和尾部的信道相等，该假设在多普勒频移较大的场景下会带来性能损失，且由于一个子帧中的OFDM符号是连续发送的，故CP数据中会带有前一个OFDM符号的干扰，这会给噪声估计带来误差。

利用信道估计的结果估计噪声功率的方法的缺陷是：需要首先完成信道估计，而由此得到的噪声估计只能应用于信道估计之后的模块处理，应用范围有限。

利用发送调制符号的特性估计噪声功率的方法的缺陷是：M2M4算法在低信噪比下估计误差较大，且需要计算接收信号的高阶统计值，计算复杂度较高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法，用于解决各种传统噪声功率估计方法因各自的不足而无法提升LTE/LTE-A系统性能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法，其特征在于，所述估计方法包括：

采用主同步信号的估计过程；或采用辅同步信号的估计过程；或采用主同步信号的估计过程和采用辅同步信号的估计过程；或采用主同步信号的估计过程和采用辅同步信号的估计过程，并将两个估计过程的估计结果合并；

所述估计过程至少包括如下步骤：同步信道的同步过程完成后，得到每一个子载波的实际接收值；所述子载波即同步信道信号，包括主同步信号或辅同步信号；根据每一个子载波对中当前子载波的实际发送值和实际接收值，计算出每一个子载波对中当前子载波的信道系数估计值；所述LTE/LTE-A系统的同步信道中有一个子载波序列，所述子载波序列中相邻的每两个子载波为一个子载波对，每一个子载波对中，前一个子载波称为当前子载波，后一个子载波称为相邻子载波；根据相邻的子载波信道近似相同的关系，计算出每一个子载波对中相邻子载波的估计接收值；对每一个子载波对中相邻子载波的实际接收值和估计接收值进行差分相关计算；对差分相关计算结果进行统计平均计算；根据统计平均计算结果计算出干扰与噪声功率的估计值。

可选地，将子载波序列的长度记为L，子载波的实际发送值序列记为X(k)，k＝0，1，2，…，L-1，子载波的实际接收值序列记为Y(k)，k＝0，1，2，…，L-1；将当前子载波的实际发送值记为x(k)，k＝0，1，2，…，L-2，将当前子载波的实际接收值记为y(k)，k＝0，1，2，…，L-2；则当前子载波的信道系数估计值的计算方式为：

k＝0，1，2，…，L-2，

其中，L为子载波序列的长度。

可选地，将相邻子载波实际发送值记为x(k+1)，k＝0，1，2，…，L-2，将相邻子载波的实际接收值记为y(k+1)，k＝0，1，2，…，L-2；根据相邻的子载波信道近似相同的关系，认为相邻的子载波的信道系数估计值是相等的，相邻子载波的估计接收值的计算方法为：

k＝0，1，2，…，L-2，其中，L为子载波序列的长度。

可选地，对相邻子载波的实际接收值y(k+1)和估计接收值进行差分相关计算，计算方法为：

k＝0，1，2，…，L-2，

其中，()*表示共轭运算，R(k)为差分相关计算结果，L为子载波序列的长度。

可选地，对差分相关计算结果R(k)进行统计平均计算，计算方法为：

其中，E{R(k)}为统计平均计算结果，L为子载波序列的长度。

可选地，根据统计平均计算结果E{R(k)}计算出干扰与噪声功率的估计值计算方法为：

可选地，采用主同步信号的估计过程和采用辅同步信号的估计过程，并将两个估计过程的估计结果合并；所述合并采用取平均值方法，即取用主同步信号估计干扰与噪声功率的估计值和辅同步信号估计干扰与噪声功率的估计值的平均值，得到合并结果：

如上所述，本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法，具有以下有益效果：

所述方法提升了干扰与噪声功率的估计效果，从而提升了正交频分多址和多输入多输出技术的实施效果，进而提升了LTE/LTE-A系统的性能；

所述方法利用相邻的子载波的信道近似相同的关系，符合实际信道的频率域特征；

所述方法不需要知道信道衰落的具体数值，因而在各种衰落下具有鲁棒性；所述方法既可以估计出噪声功率，同时若存在干扰，也可以估计出干扰与噪声功率之和；

所述方法得到的结果具有高精确度；

所述方法相较传统方法更早得到干扰噪声功率的估计值，更有利于后续物理信道和信号的优化接收处理。

附图说明

图1显示为本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的估计过程的流程图。

图2显示为本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的实施例一的流程图。

图3显示为本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的实施例二的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

步骤S213，对每一个子载波对中主同步信号相邻子载波的实际接收值和估计接收值进行差分相关计算。具体地，对主同步信号相邻子载波的实际接收值y_PSS(k+1)和估计接进行差分相关计算，计算方法为：

k＝0，1，2，…，60，

图1为本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的估计过程的流程图。以下通过实施例来说明本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的具体实施步骤。

实施例一

图2为本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的实施例一的流程图。以下结合图2，对本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的实施例一进行详细描述。

本实施例使用主同步信号(PSS)估计干扰与噪声的功率，子载波的序列长度L＝62，有61个子载波对。

步骤S100，同步信道同步过程完成后，得到主同步信号的实际接收值。具体地，同步信道的同步过程完成后，得到信道内子载波的实际接收值序列Y(k)，k＝0，1，2，…，61，对应的子载波实际发送值序列为X(k)，k＝0，1，2，…，61。

步骤S101，计算出每一个子载波对中当前子载波的信道系数估计值。具体地，当前子载波的实际发送值为x(k)，k＝0，1，2，…，60，将当前子载波的实际接收值为y(k)，k＝0，1，2，…，60；当前子载波的信道系数估计值的计算方式为：

k＝0，1，2，...，60。

需要说明的是序列号标记为0-61的子载波亦可标记为61-0，所以可选择任意一个子载波作为当前子载波，而并非序列号标记为61的子载波不能作为当前子载波。

步骤S102，计算出每一个子载波对中相邻子载波的估计接收值。具体地，相邻子载波的实际发送值为x(k+1)，k＝0，1，2，…，60，相邻子载波的实际接收值记为y(k+1)，k＝0，1，2，…，60；任一子载波对中的两个相邻的子载波的信道是近似相同的，因此认为相邻的子载波的信道系数估计值是相等的，相邻子载波的估计接收值的计算方法为：

k＝0，1，2，…，60。

步骤S103，对每一个子载波对中相邻子载波的实际接收值和估计接收值进行差分相关计算。具体地，对相邻子载波的实际接收值y(k+1)和估计接收值进行差分相关计算，计算方法为：

k＝0，1，2，…，60，

其中，()*表示共轭运算，R(k)为差分相关计算结果。

步骤S104，对差分相关结果进行统计平均计算。具体地，对差分相关计算结果R(k)进行统计平均计算，计算方法为：

其中，E{R(k)}为统计平均计算结果。

步骤S105，根据统计平均结果计算出干扰与噪声功率的估计值。具体地，根据统计平均计算结果E{R(k)}计算出干扰与噪声功率的计算出干扰与噪声功率的估计值计算方法为：

以上为本实施例的具体步骤，本实施例采用主同步信号估计干扰与噪声功率，提升了估计的性能，从而提升了正交频分多址和多输入多输出技术的实施效果，提升了LTE/LTE-A系统的性能。

实施例二

图3为本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的实施例二的流程图。以下结合图3，对本发明LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法的实施例二进行详细描述。

本实施例分别用主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)估计干扰与噪声功率，然后对两个结果进行合并，子载波的序列长度L＝62，有61对子载波对。

如图3所示，本实施例分为以下三个步骤：

步骤S21，用主同步信号估计干扰与噪声功率；

步骤S23，用辅同步信号估计干扰与噪声功率；

步骤S25，对用主同步信号估计干扰与噪声功率的结果和用辅同步信号估计干扰与噪声的结果进行合并。

步骤S21具体包括以下步骤：

步骤S210，同步信道同步过程完成后，得到主同步信号的实际接收值。具体地，同步信道的同步过程完成后，得到信道内子载波的实际接收值序列Ypss(k)，k＝0，1，2，…，61，对应的子载波实际发送值序列为Xpss(k)，k＝0，1，2，…61。

步骤S211，计算出每一个子载波对中主同步信号当前子载波的信道系数估计值。具体地，主同步信号当前子载波的实际发送值为Xpss(k)，k＝0，1，2，…，60，主同步信号当前子载波的实际接收值为Ypss(k)，k＝0，1，2，…，60；主同步信号当前子载波的信道系数估计值的计算方式为：估计值的计算方式为：

步骤S212，计算出每一个子载波对中主同步信号相邻子载波的估计接收值。具体地，主同步信号相邻子载波的实际发送值为Xpss(k+1)，k＝0，1，2，…，60，主同步信号相邻子载波的实际接收值为Ypss(k+1)，k＝0，1，2，…，60；任一子载波对中的两个相邻的子载波的信道是近似相同的，因此认为相邻的子载波的信道系数估计值是相等的，主同步信号相邻子载波的估计接收值的计算方法为：

k＝0，1，2，...，60。

步骤S213，对每一个子载波对中主同步信号相邻子载波的实际接收值和估计接收值进行差分相关计算。具体地，对主同步信号相邻子载波的实际接收值y_PSS(k+1)和估计接进行差分相关计算，计算方法为：

k＝0，1，2，…，60，

其中，E{Rpss(k)}为Rpss(k)的统计平均计算结果。

步骤S215，根据统计平均结果计算出用主同步信号估计干扰与噪声功率的估计值。具体地，根据统计平均计算结果E{Rpss(k)}计算出用主同步信号估计干扰与噪声功率的估计值的平均值，得到合并结果：

步骤S23具体包括以下步骤：

步骤S230，同步信道同步过程完成后，得到辅同步信号的实际接收值。具体地，同步信道的同步过程完成后，得到信道内子载波的实际接收值序列Ysss(k)，k＝0，1，2，…，

步骤S231，计算出每一个子载波对中辅同步信号当前子载波的信道系数估计值。具体地，辅同步信号当前子载波的实际发送值为X_SSS(k)，k＝0，1，2，…，60，辅同步信号当前子载波的实际接收值为Y_PSS(k)，k＝0，1，2，…，60；辅同步信号当前子载波的信道系数估计值的计算方式为：

k＝0，1，2，...，60。

步骤S232，计算出每一个子载波对中辅同步信号相邻子载波的估计接收值。具体地，辅同步信号相邻子载波的实际发送值为X_SSS(k+1)，k＝0，1，2，…，60，辅同步信号相邻子载波的实际接收值为Y_SSS(k+1)，k＝0，1，2，…，60；任一子载波对中的两个相邻的子载波的信道是近似相同的，因此认为相邻的子载波的信道系数估计值是相等的，辅同步信号相邻子载波的估计接收值的计算方法为：

步骤S233，对每一对子载波中辅同步信号相邻子载波的实际接收值和估计接收值进行差分相关计算。具体地，对辅同步信号相邻子载波的实际接收值y_PSS(k+1)和估计接进行差分相关计算，计算方法为：

k＝0，1，2，…，60，

其中，()*表示共轭运算

步骤S234，对差分相关结果进行统计平均计算。具体地，对差分相关计算结果R_SSS(k)进行统计平均计算，计算方法为：

其中，E{R_SSS(k)}为R_SSS(k)的统计平均计算结果。

步骤S235，根据统计平均结果计算出用辅同步信号估计干扰与噪声功率的估计值。具体地，根据统计平均计算结果E{R_SSS(k)}计算出用辅同步信号估计干扰与噪声功率的估计值计算方法为：

步骤S25具体包括如下步骤：

取用主同步信号估计干扰与噪声功率的估计值和辅同步信号估计干扰与噪声功率的估计值的平均值，得到合并结果：

需要说明的是，在本实施例中，采用主同步信号的估计过程和采用辅同步信号的估计过程，并将两个估计过程的估计结果合并，所采用的合并方法为取平均值，但并不以此为限，根据系统的实际情况，可选择加权合并等方法，应具有相同的功效。

以上为本实施例的具体步骤，本实施例分别采用主同步信号和辅同步信号估计干扰与噪声功率，然后对两个估计结果进行合并，进一步提升了估计的性能，从而提升了正交频分多址和多输入多输出技术的实施效果，提升了LTE/LTE-A系统的性能。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法，其特征在于，所述估计方法包括：采用主同步信号的估计过程；或采用辅同步信号的估计过程；或采用主同步信号的估计过程和采用辅同步信号的估计过程；或采用主同步信号的估计过程和采用辅同步信号的估计过程，并将两个估计过程的估计结果合并；

所述估计过程至少包括如下步骤：

同步信道的同步过程完成后，得到每一个子载波的实际接收值；

所述子载波即同步信道信号，包括主同步信号或辅同步信号；

根据每一个子载波对中当前子载波的实际发送值和实际接收值，计算出每一个子载波

对中当前子载波的信道系数估计值；

所述LTE/LTE-A系统的同步信道中有一个子载波序列，所述子载波序列中相邻的每两个子载波为一个子载波对，每一个子载波对中，前一个子载波称为当前子载波，后一个子载波称为相邻子载波；

根据相邻的子载波信道近似相同的关系，计算出每一个子载波对中相邻子载波的估计接收值；

对每一个子载波对中相邻子载波的实际接收值和估计接收值进行差分相关计算；

对差分相关计算结果进行统计平均计算，对差分相关计算结果R(k)进行统计平均计算，统计平均计算结果E{R(k)}计算方法为：其中，E{R(k)}为统计平均计算结果，R(k)为差分相关计算结果，L为子载波序列的长度；根据统计平均计算结果计算出干扰与噪声功率的估计值，根据所述干扰与噪声功率的估计值对干扰与噪声方差进行估计并将两个估计过程的估计结果合并，所述合并采用取平均值方法，即取用主同步信号估计干扰与噪声功率的估计值和辅同步信号估计干扰与噪声功率的估计值的平均值，得到合并结果：

2.根据权利要求1所述的LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法，其特征在于：将子载波序列的长度记为L，子载波的实际发送值序列记为X(k)，k＝0，1，2，…，L-1，子载波的实际接收值序列记为Y(k)，k＝0，1，2，…，L-1；将当前子载波的实际发送值记为x(k)，k＝0，1，2，…，L-2，将当前子载波的实际接收值记为y(k)，k＝0，1，2，…，L-2；则当前子载波的信道系数估计值的计算方式为：

$\hat{H}\left(k\right)=\frac{y\left(k\right)}{x\left(k\right)},$

$k=0,1,\mathrm{2...}L-2,$

其中，L为子载波序列的长度。

3.根据权利要求2所述的LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法，其特征在于：将相邻子载波实际发送值记为x(k+1)，k＝0，1，2，…，L-2，将相邻子载波的实际接收值记为y(k+1)，k＝0，1，2，…，L-2；根据相邻的子载波信道近似相同的关系，认为相邻的子载波的信道系数估计值是相等的，相邻子载波的估计接收值的计算方法为：

$\begin{array}{c}\hat{y}(k+1)=\hat{H}\left(k\right)x(k+1),\\ k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·,L-2,\end{array}$

其中，L为子载波序列的长度。

4.根据权利要求3所述的LTE/LTE-A系统中估计干扰与噪声功率的方法，其特征在于：对相邻子载波的实际接收值y(k+1)和估计接收值进行差分相关计算，计算方法为：

其中，()^*表示共轭运算。