CN105978838A - 一种信噪比估计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信噪比估计方法及装置，用以解决不考虑剩余定时偏差、剩余载波频率偏差以及采样频率偏差的影响降低信噪比估计结果准确性的问题。方法为：根据频域接收信号中前导码序列的第i个、第i+2T个数据块中的每个符号以及原始前导码序列，确定第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值；根据第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、第i+T个数据块中的每个符号以及原始前导码序列确定子载波噪声功率的估计值；根据第i个、第i+T个以及第i+2T个数据块中的每个符号确定第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值；根据子载波噪声功率的估计值以及第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。

Description

一种信噪比估计方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种信噪比估计方法及装置。

背景技术

在采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术的数字通信系统中，不同子载波对应的信道衰落不同。某些子载波具有较高的信道增益，某些子载波可能存在深度信道衰落，可能会引起接收机的突发性错误。在子载波对应的子信道发射功率恒定的情况下，达到目标误码率(Bit Error Rate，BER)的同时，发射端通过利用信道状态信息(Channel State Information，CSI)自适应地调整各个子信道的调制方式，可以使得数据传输速率最大化。

信道状态信息通常由接收端估计后通过信令反馈给发射端的，信道状态信息的准确性以及实时性将直接影响到自适应调制编码的可靠性。对于有线信道，信道响应在时间方向以及频率方向的变化十分缓慢，通常视为准静态信道，该情况下信道状态信息的准确性成为自适应调制编码是否可靠的关键因素。

信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)作为信道状态信息的一种，可直接表征子信道的优劣，因此可以作为子信道调制方式选择的依据。信噪比估计是由接收端进行的，估计过程受到噪声、载波频偏以及采样定时频偏等干扰，如何提高信噪比的估计精度，获得准确的信道状态信息是需要解决的问题。

相关技术中根据前导码序列进行信噪比估计的方法，通常为：首先，对时域接收信号进行定时同步及载波同步处理，并对经过处理后的时域接收信号进行时频域转换，利用频域接收信号中前导码序列以及原始前导码序列进行信道估计，计算出非空子载波的频域响应值。随后，利用接收前导码序列中有用数据部分与噪声分量的非相关特性，计算出相应的信号功率与噪声功率；最后根据计算的信号功率与噪声功率以及非空子载波的分布特性，计算出不同子载波的子载波信噪比。

现有OFDM系统的信噪比估计的方法，在采样频率偏差较大或定时同步及载波同步的性能较差时，剩余定时偏差、剩余载波频率偏差及采样频率偏差将导致前导码序列中出现较大的相位偏差，此时利用前导码序列的不同的数据块对应的信道估计值的平均值作为最终的信道估计值，再进行信号功率和噪声功率计算会引入较大的误差，大大降低信噪比估计结果的准确性，严重时甚至会导致信噪比估计结果远离实际值。故此，需要一种新的信噪比估计方法。

发明内容

本发明实施例提供一种信噪比估计方法及装置，用以解决目前信噪比估计时不考虑剩余定时偏差、剩余载波频率偏差以及采样频率偏差对接收信号造成的影响，会降低信噪比估计结果的准确性的问题。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种信噪比估计方法，包括：

接收时域接收信号，所述时域接收信号为发送端发送的物理帧经过信道传输后得到，所述物理帧中至少包含前导码序列和帧头；

将经过初始定时同步及载波同步的时域接收信号转换为频域接收信号，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、第i+2T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值，其中，所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号、第i+2T个数据块中的第k个符号以及所述原始前导码序列确定，其中，i、T、k均为正整数；

根据所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定子载波噪声功率的估计值；

根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块中的每个符号，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，其中，所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号确定；

根据所述子载波噪声功率的估计值以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。

可能的实施方式中，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、第i+2T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值，包括：

步骤a，判断k是否满足1≤k≤N₁，其中，k的初始值为1，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数；

步骤b，若满足，确定所述第i+2T个数据块中的第k个符号与所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号的平均值，计算所述平均值与所述原始前导码序列中第i+T个数据块的第k个符号的共轭的乘积，将所得的结果确定为所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值，采用k+1更新k后转去执行步骤a；

步骤c，若不满足，结束并设置k为初始值。

可能的实施方式中，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定子载波噪声功率的估计值，包括：

确定所述子载波噪声功率的估计值为：其中，表示所述子载波噪声功率的估计值，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，X_k表示所述原始前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值。

可能的实施方式中，所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号确定，具体为：

确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值为：其中，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，Y_i+2T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号的共轭，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号的共轭。

可能的实施方式中，所述方法还包括：

确定所述频域接收信号中两个以上数据块各自对应同一个子载波的信噪比的平均值。

第二方面，本发明实施例提供了一种信噪比估计装置，包括：

接收模块，用于接收时域接收信号，所述时域接收信号为发送端发送的物理帧经过信道传输后得到，所述物理帧中至少包含前导码序列和帧头；

信道估计模块，用于将经过初始定时同步及载波同步的时域接收信号转换为频域接收信号，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、第i+2T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值，其中，所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号、第i+2T个数据块中的第k个符号以及所述原始前导码序列确定，其中，i、T、k均为正整数；

噪声功率估计模块，用于根据所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定子载波噪声功率的估计值；

信号功率估计模块，用于根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块中的每个符号，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，其中，所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号确定；

信噪比估计模块，用于根据所述子载波噪声功率的估计值以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。

可能的实施方式中，所述信道估计模块具体用于：

步骤a，判断k是否满足1≤k≤N₁，其中，k的初始值为1，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数；

步骤b，若满足，确定所述第i+2T个数据块中的第k个符号与所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号的平均值，计算所述平均值与所述原始前导码序列中第i+T个数据块的第k个符号的共轭的乘积，将所得的结果确定为所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值，采用k+1更新k后转去执行步骤a；

步骤c，若不满足，结束并设置k为初始值。

可能的实施方式中，所述噪声功率估计模块具体用于：

确定所述子载波噪声功率的估计值为：其中，表示所述子载波噪声功率的估计值，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，X_k表示所述原始前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值。

可能的实施方式中，所述信号功率估计模块具体用于：

确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值为：其中，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，Y_i+2T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号的共轭，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号的共轭。

可能的实施方式中，所述信噪比估计模块还用于：

确定所述频域接收信号中两个以上数据块各自对应同一个子载波的信噪比的平均值。

基于上述技术方案，本发明实施例中，根据频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号、第i+2T个数据块中的第k个符号以及原始前导码序列确定第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值，基于该信道估计值确定子载波噪声功率的估计值；根据频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、第i+T个数据块的第k个符号以及第i+2T个数据块的第k个符号确定第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值；根据子载波噪声功率的估计值以及频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。通过有效降低采样频率偏差、定时偏差以及载波频率偏差在前导码序列中不同数据块部分引入的相位变化，对数据块的噪声功率以及信号功率的估计造成的影响，使得信噪比估计结果对定时同步偏差、载波频率偏差以及采样频率偏差造成的相位偏转不敏感。解决了目前信噪比估计时不考虑剩余定时偏差、剩余载波频率偏差以及采样频率偏差对接收信号造成的影响，会降低信噪比估计结果的准确性的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中发送端的处理过程示意图；

图2为本发明实施例中物理帧的结构示意图；

图3为本发明实施例中Preamble的结构示意图；

图4为本发明实施例中Preamble的第一部分的频域结构示意图；

图5为本发明实施例中Preamble的第一部分的时域结构示意图；

图6为本发明实施例中接收端进行信噪比估计方法流程示意图；

图7为本发明实施例中信噪比估计装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例所提供的信噪比估计方法及装置是建立在OFDM数字传输技术的基础上，发送端发送物理(PHY)帧，该物理帧中包含用于同步和初始信道估计的周期性训练序列，符合无线传输领域的IEEE 802.11标准、有线传输领域的G.hn标准以及其它应用于突发传输模式的类似标准。

本发明实施例中，如图1所示，以G.hn标准为例，对发送端的处理过程进行说明如下：

步骤101：发送端根据线缆类型以及屏蔽子载波的要求在各个非空子载波填充数值“1”得到用于生成前导码序列(Preamble)的频域序列。

根据G.hn标准，物理(PHY)帧包括前导码序列(Preamble)和帧头(Header)，可选地，PHY帧中还包括有效载荷(Payload)、附加信道估计符号(Additional ChannelEstimation Symbols，ACE)。如图2所示为PHY帧的结构示意图。其中，Preamble中不包含任何用户或管理数据，专门用于接收端的同步和初始信道估计，如图3所示为Preamble的结构示意图。

ITU-T协议G.9960中分别规定了同轴电缆、电力线以及电话线(或称为双绞线)三类线缆的调制参数，表1所示为同轴电缆的Preamble参数，后续将以同轴电缆为例进行说明。

表1同轴电缆Preamble参数

对于Preamble的永久屏蔽子载波以及空负载子载波，默认的调制信息为“0”，对于非空负载子载波，调制信息为“1”，以同轴电缆为例，Preamble的第一部分(1^st section)的频域结构如图4所示，图4中的数字表示子载波索引号。

步骤102：发送端采用线性移位寄存器实现对频域序列的星座加扰，对星座加扰后的频域序列X(k)进行IFFT得到对应的时域序列x(n)，公式表示为：其中N表示子载波的总数。

由于Preamble频域结构的周期性分布特性，时域序列x(n)呈现周期特性，时域序列中数据块重复的次数取决于Preamble中子载波间隔的大小，如图5所示为举例说明，假设数据块S1大小为64比特，数据块S1重复4次。

步骤103：发送端从步骤102得到的时域序列中选取单个的数据块S1，根据表1所示的参数复制选择的数据块后进行加窗处理，生成Preamble。

其中，数据块S1的时域表达式为：其中，n＝0,1,…N₁-1，T_s表示采样周期，N₁表示数据块S1的采样点数，满足N₁＝N/K，K表示非空子载波之间的间隔，N表示子载波的总数，X_i,k表示第i个数据块S1的第k个频域符号，满足i≤N₂，其中，N₂表示Preamble的第一部分中包含的数据块S1的个数。

步骤104：发送端发送PHY帧，该PHY帧中包括步骤103生成的Preamble。

本发明实施例中，如图6所示，接收端进行信噪比估计的详细方法流程如下：

步骤601：接收端接收时域接收信号，该时域接收信号为发送端发送的PHY帧经过信道传输后得到，该PHY帧中至少包括前导码序列和帧头。

实施中，接收端接收时域接收信号后，对时域接收信号进行初始定时同步和载波同步后转换为频域接收信号，初始定时同步和载波同步后的时域接收信号中仍残留有定时偏差和/或载波偏差，并且还有未进行处理的采样频率偏差。

其中，定时同步，用于判断物理帧的起始点，保证接收信号不存在符号间干扰(Inter Symbol Interface,ISI)；载波同步，用于时域接收信号的频率偏差估计及补偿，消除或减弱时域接收信号中的载波间干扰(Inter Carrier Interface,ICI)，保证不同子载波之间的正交性。

需要说明的是，本发明并不限制对时域接收信号进行初始定时同步和载波同步所采用的方式，已有的任意一种定时同步和载波同步的方式均可以用于本发明，本发明的保护范围并不以此为限制。

具体实施中，发送端发送的PHY帧经过信道传输后，引入了信道的影响以及噪声分量，假设接收端接收到的时域接收信号表示为：其中，h_l(t)表示t时刻第l条路径的复时域冲击响应，τ_l表示第l条路径的延迟，n(t)表示由模拟前端带来的热噪声，该热噪声具有高斯分布特性。

假设接收端的归一化采样频率偏差为δ，归一化采样频率偏差为接收端采样频率进行归一化所得，接收端接收的时域接收信号经过初始的定时同步和载波同步后残留的定时偏差为残留的载波频率偏差Δf，则经过初始的定时同步和载波同步后的时域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第n个时域信号可表示为则经过初始的定时同步和载波同步后的时域接收信号转换为频域接收信号后，该频域接收信号的前导码序列的第i个数据块的第k个频域信号可表示为：

其中，H_k表示第k个子载波的频率响应值，H_q表示第q个子载波的频率响应值，V_i,k表示第i个数据块中第k个频域信号所包含的噪声分量，ε＝Δf·T_s表示对初始定时同步和载波同步后残留的载波频率偏差进行归一化处理后所得的结果，并且满足φ_qk＝(1+δ)(ε+q)-k，s(x)满足当ε与δ的数值足够小时，满足s(πφ_kk)≈1并且s(πφ_qk)≈0，则第i个数据块的频域信号可近似表示为：

其中，

步骤602：接收端将经过初始定时偏差以及载波同步的时域接收信号转换为频域接收信号，根据频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、第i+2T个数据块中的每个符号以及原始前导码序列，确定频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值。

其中，第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值根据频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号、第i+2T个数据块中的第k个符号以及原始前导码序列确定。

其中，i、T、k均为正整数。

具体地，确定频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值的具体过程如下：

步骤a，判断k是否满足1≤k≤N₁，其中，k的初始值为1，N₁表示频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数；

步骤b，若满足，确定频域接收信号中第i+2T个数据块中的第k个符号与频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号的平均值，计算该平均值与原始前导码序列中第i+T个数据块的第k个符号的共轭的乘积，将所得的结果确定为第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值，采用k+1更新k后转去执行步骤a；

步骤c，若不满足，结束并设置k为初始值。

具体地，频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号各自对应的信道估计值，表示为：

$\begin{array}{c}{\hat{H}}_k=\frac{X_k^{*}}{2}\·(Y_{i,k}+Y_{i+2T,k})=|X_k{|}^2{H}_k\·\frac{(e^{{\mathrm{j\θ}}_{i,k}}+e^{{\mathrm{j\θ}}_{i+2T,k}})}{2}+X_k^{*}\·\frac{(V_{i,k}+V_{i+2T,k})}{2}\\ =H_k\·e^{{\mathrm{j\θ}}_{i+T,k}}\·\cos \left(2{\mathrm{\π\φ}}_{kk}\right)+\frac{(V_{i,k}^{\′}+V_{i+2T,k}^{\′})}{2}\end{array}$

其中，表示原始频域前导码序列中第i+T个数据块的第k个符号的共轭，Y_i,k表示频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号，Y_i+2T,k表示频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块中的第k个符号，T为正整数。

步骤603：接收端根据频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块中的每个符号以及原始前导码序列，确定子载波噪声功率的估计值。

具体地，确定子载波噪声功率的估计值为：其中，表示子载波噪声功率P_n的估计值，N₁表示频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数，Y_i+T,k表示频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，X_k表示频域的原始前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，表示频域接收信号的第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值。

其中，子载波噪声功率P_n的估计值可以表示为：

$\begin{array}{c}{\hat{P}}_n=\frac{2}{3N_1}\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}{(X_k{H}_k\·e^{{\mathrm{j\θ}}_{i+T,k}}+V_{i+T,k}-X_k{\hat{H}}_k)}^2\\ =\frac{2}{3N_1}\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}{\[X_k{H}_k\·e^{{\mathrm{j\θ}}_{i+T,k}}+V_{i+T,k}-X_k{H}_k\·e^{{\mathrm{j\θ}}_{i+T,k}}\·\cos \left(2{\mathrm{\π\φ}}_{kk}\right)-(V_{i,k}+V_{i+2T,k})/2\]}^2\\ =P_n+\frac{2}{3N_1}\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}\left\{|H_k{|}^2\·{\[1-\cos \left(2{\mathrm{\π\φ}}_{kk}\right)\]}^2\right\}\end{array}$

其中，φ_kk≈ε+kδ，P_n表示子载波噪声功率的实际值。

对于符合G.hn标准的有线信道的OFDM数字通信系统，载波频率偏差及采样定时偏差皆由发送和接收端时钟晶振的不一致引起，G.hn标准要求晶振的偏差不高于100ppm，则噪声功率的估计值近似等于：

${\hat{P}}_n\≈P_n+\frac{8{\mathrm{\π}}^4{\mathrm{\δ}}^4}{3N_1}\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}\[|H_k{|}^2\·{(k+1)}^4\]\≈P_n$

步骤604：接收端根据频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号以及频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块中的每个符号，确定频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值。

其中，频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值根据频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号以及频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号确定。

具体地，确定频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值为：其中，表示频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值，Y_i+T,k表示频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，Y_i+2T,k表示频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号，表示频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号的共轭，表示频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号的共轭。

实施中，

步骤605：接收端根据子载波噪声功率的估计值以及频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。

可选地，分别确定频域接收信号中前导码序列的多个数据块分别对应的每个子载波的信噪比，并确定频域接收信号中前导码序列的两个以上数据块各自对应同一个子载波的信噪比的平均值。

具体地，频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信噪比表示为：

$SNR\left(k\right)=\frac{{\hat{P}}_s\left(k\right)}{{\hat{P}}_n}=\frac{3N_1}{4}\·\frac{|Y_{i+T,k}\·Y_{i,k}^{*}|+|Y_{i+2T,k}\·Y_{i+T,k}^{*}|)}{\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}{(X_k{H}_k\·e^{{\mathrm{j\θ}}_{i+T,k}}+V_{i+T,k}-X_k{\hat{H}}_k)}^2}$

为了进一步降低噪声随机性带来的误差，提高信噪比估计的精度，可以对频域接收信号中前导码序列的多个数据块的计算结果取平均，相应的子载波信噪比估计值为：

$SNR\left(k\right)=\frac{3N_1}{4}\·\frac{\underset{i}{\Σ}\left(\right|Y_{i+T,k}\·Y_{i,k}^{*}|+|Y_{i+2T,k}\·Y_{i+T,k}^{*}\left|\right)}{\underset{i}{\Σ}\[\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}{(X_k{H}_k\·e^{{\mathrm{j\θ}}_{i+T,k}}+V_{i+T,k}-X_k{\hat{H}}_k)}^2\]}$

优选地，T的取值为1，其中，i表示前导码序列中不同数据块的索引号。

本发明实施例中，用于信噪比估计的频域接收信号中前导码序列的数据块属于前导码序列的第一部分。

实施中，根据步骤601至步骤605可以估计得到部分非空子载波的信噪比，根据前导码序列的重复特性，可以进一步通过插值运算计算出空子载波的信噪比，例如，通常采用线性插值方式，最终的子载波信噪比估计值可表示为

$S\hat{N}R(k\·K+n)=(1-\frac{n}{K})SNR\left(k\right)+\frac{n}{K}\·SNR(k+1),1\≤n\≤K-1$

式中，K表示Preamble中第一部分的频域非空子载波间隔。

而现有的信噪比估计过程中，由于采用频率偏差、定时偏差以及载波频率偏差在前导码序列中不同数据块部分引入的相位变化是不一样的，使得估计得到的噪声功率以及信号功率会叠加一个较大的因子，数据块中引入的该因子的大小与数据块引入的相位变化成正比。本发明实施例中，根据频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号、第i+2T个数据块中的第k个符号以及原始前导码序列确定第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值，基于该信道估计值确定子载波噪声功率的估计值；根据频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、第i+T个数据块的第k个符号以及第i+2T个数据块的第k个符号确定第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值；根据子载波噪声功率的估计值以及频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。通过有效降低采样频率偏差、定时偏差以及载波频率偏差在前导码序列中不同数据块部分引入的相位变化，对数据块的噪声功率以及信号功率的估计造成的影响，使得信噪比估计结果对定时同步偏差、载波频率偏差以及采样频率偏差造成的相位偏转不敏感。解决了目前信噪比估计时不考虑剩余定时偏差、剩余载波频率偏差以及采样频率偏差对接收信号造成的影响，会降低信噪比估计结果的准确性的问题。现有方案中，信道估计值可表示为

现有方案中，噪声功率的估计值可表示为

$\begin{array}{c}{\hat{P}}_n=\frac{1}{N_1(N_2+1)}\underset{i=0}{\overset{N_2-1}{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}{(X_k{H}_k\·e^{{\mathrm{j\θ}}_{i,k}}+V_{i,k}-X_k{\hat{H}}_k)}^2\\ +P_n+\frac{1}{N_1(N_2+1)}\underset{i=0}{\overset{N_2-1}{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}|H_k{|}^2\·{\left\{1-e^{-j2{\mathrm{\πi\φ}}_{kk}}\·e^{j\mathrm{\π}(N_2-1){\mathrm{\φ}}_{kk}}\·\frac{\sin \left({\mathrm{\πN}}_2{\mathrm{\φ}}_{kk}\right)}{N_2\·\sin \left({\mathrm{\π\φ}}_{kk}\right)}\right\}}^2\\ =P_n+\frac{1}{N_1(N_2+1)}\underset{i=0}{\overset{N_2-1}{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}|H_k{|}^2\·{\left\{\begin{array}{c}1+\frac{{\sin }^2\left({\mathrm{\πN}}_2{\mathrm{\φ}}_{kk}\right)}{N_2^2\·{\sin }^2\left({\mathrm{\π\φ}}_{kk}\right)}-\\ \frac{2\sin \left({\mathrm{\πN}}_2{\mathrm{\φ}}_{kk}\right)}{N_2\·\sin \left({\mathrm{\π\φ}}_{kk}\right)}\cos \[\mathrm{\π}(N_2-1){\mathrm{\φ}}_{kk}-2{\mathrm{\πi\φ}}_{kk}\]\end{array}\right\}}^2\\ \≈P_n+\frac{{\mathrm{\π}}^4}{N_1(N_2+1)}\underset{i=0}{\overset{N_2-1}{\Σ}}\underset{k=0}{\overset{N_1-1}{\Σ}}|H_k{|}^2\·{\mathrm{\φ}}_{kk}^4{(N_2-1-2i)}^4\end{array}$

与本发明实施例所提供的方案相比，现有方案中噪声功率的估计值引入的误差更大，对定时同步偏差、载波频率偏差以及采样频率偏差也更敏感。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种信噪比估计装置，该装置的具体实施可参见上述方法实施例的描述，重复之处不再赘述，如图7所示，该装置主要包括：

接收模块701，用于接收时域接收信号，所述时域接收信号为发送端发送的物理帧经过信道传输后得到，所述物理帧中至少包含前导码序列和帧头；

信道估计模块702，用于将经过初始定时同步及载波同步的时域接收信号转换为频域接收信号，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、第i+2T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值，其中，所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号、第i+2T个数据块中的第k个符号以及所述原始前导码序列确定，其中，i、T、k均为正整数；

噪声功率估计模块703，用于根据所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定子载波噪声功率的估计值；

信号功率估计模块704，用于根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块中的每个符号，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，其中，所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号确定；

信噪比估计模块705，用于根据所述子载波噪声功率的估计值以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。

实施中，所述信道估计模块具体用于：

步骤a，判断k是否满足1≤k≤N₁，其中，k的初始值为1，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数；

步骤b，若满足，确定所述第i+2T个数据块中的第k个符号与所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号的平均值，计算所述平均值与所述原始前导码序列中第i+T个数据块的第k个符号的共轭的乘积，将所得的结果确定为所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值，采用k+1更新k后转去执行步骤a；

步骤c，若不满足，结束并设置k为初始值。

实施中，所述噪声功率估计模块具体用于：

确定所述子载波噪声功率的估计值为：其中，表示所述子载波噪声功率的估计值，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，X_k表示所述原始前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值。

实施中，所述信号功率估计模块具体用于：

确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值为：其中，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，Y_i+2T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号的共轭，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号的共轭。

实施中，所述信噪比估计模块还用于：

确定所述频域接收信号中两个以上数据块各自对应同一个子载波的信噪比的平均值。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种信噪比估计方法，其特征在于，包括：

接收时域接收信号，所述时域接收信号为发送端发送的物理帧经过信道传输后得到，所述物理帧中至少包含前导码序列和帧头；

将经过初始定时同步及载波同步的时域接收信号转换为频域接收信号，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、第i+2T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值，其中，所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号、第i+2T个数据块中的第k个符号以及所述原始前导码序列确定，其中，i、T、k均为正整数；

根据所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定子载波噪声功率的估计值；

根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块中的每个符号，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，其中，所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号确定；

根据所述子载波噪声功率的估计值以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、第i+2T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值，包括：

步骤a，判断k是否满足1≤k≤N₁，其中，k的初始值为1，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数；

步骤b，若满足，确定所述第i+2T个数据块中的第k个符号与所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号的平均值，计算所述平均值与所述原始前导码序列中第i+T个数据块的第k个符号的共轭的乘积，将所得的结果确定为所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值，采用k+1更新k后转去执行步骤a；

步骤c，若不满足，结束并设置k为初始值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定子载波噪声功率的估计值，包括：

确定所述子载波噪声功率的估计值为：其中，表示所述子载波噪声功率的估计值，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，X_k表示所述原始前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号确定，具体为：

确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值为：其中，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，Y_i+2T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号的共轭，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号的共轭。

5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述频域接收信号中两个以上数据块各自对应同一个子载波的信噪比的平均值。

6.一种信噪比估计装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收时域接收信号，所述时域接收信号为发送端发送的物理帧经过信道传输后得到，所述物理帧中至少包含前导码序列和帧头；

信道估计模块，用于将经过初始定时同步及载波同步的时域接收信号转换为频域接收信号，根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、第i+2T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值，其中，所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号、第i+2T个数据块中的第k个符号以及所述原始前导码序列确定，其中，i、T、k均为正整数；

噪声功率估计模块，用于根据所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号各自对应的信道估计值、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块中的每个符号以及所述原始前导码序列，确定子载波噪声功率的估计值；

信号功率估计模块，用于根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的每个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块中的每个符号，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，其中，所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值根据所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号、所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号确定；

信噪比估计模块，用于根据所述子载波噪声功率的估计值以及所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的每个符号对应的信号功率的估计值，确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块对应的每个子载波的信噪比。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信道估计模块具体用于：

步骤a，判断k是否满足1≤k≤N₁，其中，k的初始值为1，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数；

步骤b，若满足，确定所述第i+2T个数据块中的第k个符号与所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块中的第k个符号的平均值，计算所述平均值与所述原始前导码序列中第i+T个数据块的第k个符号的共轭的乘积，将所得的结果确定为所述第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值，采用k+1更新k后转去执行步骤a；

步骤c，若不满足，结束并设置k为初始值。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述噪声功率估计模块具体用于：

确定所述子载波噪声功率的估计值为：其中，表示所述子载波噪声功率的估计值，N₁表示所述频域接收信号中前导码序列的一个数据块中包含的符号的个数，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，X_k表示所述原始前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的信道估计值。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号功率估计模块具体用于：

确定所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值为：其中，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号对应的子载波的信号功率的估计值，Y_i+T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号，Y_i+2T,k表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+2T个数据块的第k个符号，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i+T个数据块的第k个符号的共轭，表示所述频域接收信号中前导码序列的第i个数据块的第k个符号的共轭。

10.如权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，所述信噪比估计模块还用于：

确定所述频域接收信号中两个以上数据块各自对应同一个子载波的信噪比的平均值。