CN106877902B - 噪声功率估计器，接收机及噪声功率估计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明要求保护一种噪声功率估计器，接收机及噪声功率估计的方法，该噪声功率估计器包括：第一减法器，其被配置为通过从所接收到的第一时域训练序列的符号中减去重构的干扰信号以产生至少一个第一信号；第二减法器，其被配置为通过从至少一个第一信号中的一个减去第一时域训练序列的估计值以产生至少一个第二信号；平均电路，其被配置为通过平均至少一个第二信号的至少部分以产生至少一个平方平均值；以及检测器，其被配置为检测至少一个平方平均值之中的最小值，以及输出该最小值作为噪声功率估计值。

Description

噪声功率估计器，接收机及噪声功率估计的方法

优先权要求

本申请要求于2015年12月4日由澜起科技(上海)有限公司提交的名称为“信道估计器、解调器及信道估计方法”、申请号为“201510887422.X”的中国专利申请的优先权，其全文内容引用于此。

技术领域

本发明涉及噪声功率估计器，更具体地，但不限于噪声功率估计器，接收机及噪声功率估计的方法。

背景技术

接收机使用前向纠错码(FEC)来纠正信号传输中的传播错误。大部分纠错码都需要计算各个接收比特的可信度，这需要精确的噪声功率信息。

地面数字电视(DTMB)系统使用正交频分复用(OFDM)多载波调制。OFDM系统通常使用由系统定义的导频来估计噪声功率。然而，DTMB系统中不存在导频，在该系统中要得到精确的噪声功率变得很困难。因此，期望在DTMB系统中获得精确的噪声功率。

发明内容

本发明的实施方式公开了一种噪声功率估计器，包括：第一减法器，其被配置为通过从所接收到的第一时域训练序列的符号中减去重构的干扰信号以产生至少一个第一信号；第二减法器，其被耦接到该第一减法器并被配置为通过从至少一个第一信号中的一个中减去第一时域训练序列的估计值以产生至少一个第二信号；平均电路，其被耦接到该第二减法器并被配置为通过平均至少一个第二信号的至少部分以产生至少一个平方平均值；以及检测器，其被配置为检测至少一个平方平均值之中的最小值，以及输出该最小值作为噪声功率估计值。

本发明的另一实施方式公开了接收机，包括：上述的噪声功率估计器，信道状态信息(CSI)电路，其被耦接到该噪声功率估计器并被配置为根据该噪声功率估计值获得信道状态信息；以及耦接到该CSI电路的前向纠错器，其被配置为基于该信道状态信息来纠正错误。

本发明的另一实施方式公开了一种估计噪声功率的方法，包括：通过从所接收到的第一时域训练序列的符号中减去重构的干扰信号以产生至少一个第一信号；通过从该至少一个第一信号中的一个中减去该第一时域训练序列的估计值以产生至少一个第二信号；通过平均该至少一个第二信号的至少部分以产生至少一个平方平均值；检测该至少一个平方平均值之中的最小值，以及输出该最小值作为噪声功率估计值。

附图说明

本发明通过所附的附图用示例形式展示。附图应当被理解为作为示例而非限制，因为本发明的范围是由权利要求所限定的。在附图中，相同的附图标记代表相同的元件。

图1示出了根据本发明的实施方式的噪声功率估计器的示意图。

图2示出了根据本发明的实施方式的噪声功率估计器所接收的信号。

图3A示出了根据本发明的实施方式的在图1中所示的产生重构的干扰信号的电路300A的示意图。

图3B示出了根据本发明的实施方式在图1中示出的产生重构的干扰信号的另一电路300B的示意图。

图3C示出了根据本发明的实施方式的重构的干扰信号的示意图。

图4A示出了根据本发明的实施方式的在图1中所示的产生第一时域训练序列的估计值的第二卷积电路的示意图。

图4B是根据本发明的实施方式的信道估计器400B的示意图。

图5是根据本发明的实施方式的均衡器的结构的框图。

图6是根据本发明的实施方式的平均电路的示意图。

图7示出了根据本发明的实施方式的包括如图1所示的噪声功率估计器的接收机的示意图。

图8是根据本发明的另一实施方式的执行信道估计的方法的流程图。

具体实施例

本发明的各种方面和示例现在将被描述。下面的描述提供了具体的细节以透彻理解并有利于这些示例的描述。然而，本领域技术人员将理解，本发明可以在没有许多这些细节的情况下实施。此外，某些众所周知的结构或功能可能不会被详细示出或描述，以避免不必要地模糊相关描述。

图1示出了根据本发明实施方式的噪声功率估计器100的示意图。噪声功率估计器100包括第一减法器110、第二减法器120、平均电路130和检测器140。第一减法器110接收第一时域训练序列的一个符号。第一时域序列可以是如图1所示的序列1110。序列1100是时域序列，它包括三个部分：数据干扰，经过信道的训练序列，以及噪声。包括在序列1110中的三个部分分别表示：来自上一帧的干扰信号，其以反斜线部分(为三角形的形状)示出，表示经过信道的训练序列，其以斜线部分(为平行四边形形状)示出，以及表示来自当前帧的干扰信号，其以空白部分(为三角形的形状)示出。注意，噪声未在序列1110中示出。序列1110将进一步相对于图2进行讨论。

如图1所示，第一减法器110通过从所接收到的第一时域训练序列中减去重构的干扰信号以产生至少一个第一信号。注意，在同一时域训练序列中的不同的符号使用不同的重构的干扰信号，用于计算瞬时噪声信号以计算噪声功率。第二减法器120被耦接到第一减法器110并通过从至少一个第一信号中的一个中减去第一时域训练序列的估计值以产生至少一个第二信号。该平均电路130被耦接到第二减法器120，并通过平均至少一个第二信号中的至少部分以产生至少一个平方平均值。该检测器140被耦接到平均电路130并检测至少一个平方平均值之间的最小值，以及输出该最小值作为噪声功率估计值到信道状态信息(CSI)电路730，其参考图7在下面进行讨论。注意，最小值是数字值。

图2示出了根据本发明的实施方式的噪声功率估计器所接收的信号。图2示出了DTMB系统的PN序列，作为第一时域训练序列的示例。在图2中，第(n-1)帧、第n帧和第(n+1)帧被示出。由于多径效应，包括第n帧的PN序列的实际接收的第n个PN信号(示为矩形，并以箭头表示)可以包括来自上一帧的干扰信号，如用反斜线三角形示出并标记为D，和来自当前帧的干扰信号，如用空白的三角形示出并标记为A，以及接收到的PN序列，如用平行四边形的形状示出。注意，图2并没有反映出噪声。

图3A示出了根据本发明的实施方式的在图1中所示的产生重构的干扰信号的电路300A的示意图。电路300A包括均衡器310和信号重构器320A。均衡器310通过预均衡所接收到的信号产生预均衡的信号。信号重构器320A被耦接到均衡器310，并基于预均衡的信号产生重构的干扰信号。

在图3A中，信号重构器320A还包括快速傅里叶逆变换(IFFT)电路322和第一卷积电路324。该IFFT电路322被配置为通过对从均衡器310接收到的预均衡的信号进行IFFT计算来产生IFFT结果。第一卷积电路324被配置为通过将IFFT结果与上一帧的信道估计值进行卷积来产生重构的干扰信号。该上一帧的信道估计值，也即针对上一帧的信道估计值，是上一帧的多个符号对应的多个瞬时信道估计的最终更新结果。

在图3A中所示的电路300A执行时域操作用于通过首先执行IFFT操作然后执行卷积操作，从预均衡的信号中产生重构的干扰信号。可替代地，操作可以等效地在频域上执行，而不是在时域中执行。

相应地，图3B示出了根据本发明的实施方式在图1中示出的产生重构的干扰信号的另一电路300B的示意图。信号重构器320B还包括乘法器326和IFFT电路328。乘法器326被配置为通过将预均衡的信号与上一帧的信道估计值相乘来产生相乘的信号。IFFT电路328被配置为通过对相乘的信号执行IFFT计算以产生重构的干扰信号。

图3C示出了根据本发明实施方式的重构的干扰信号的示意图。如图3C所示，重构的干扰信号包括两部分：前部包括第n-1帧的部分D(来自上一帧，即第(n-1)帧的干扰信号)以及尾部包括第n帧的部分A(来自当前帧，即第n帧的干扰信号)。

图4A示出了根据本发明的实施方式的在图1中所示的产生第一时域训练序列的估计值的第二卷积电路400的示意图。该第二卷积电路400通过将第二时域训练序列与当前的瞬时信道估计值卷积以产生第一时域训练序列的估计值。第二时域训练序列表示由接收机或噪声功率估计器所产生的时域训练序列。第二时域训练序列是本地产生的时域序列。第二时域训练序列可以预先地产生并存储在接收机中。可替代地，该第二时域训练序列可以通过移位寄存器实时地被产生，这需要较少的硬件资源，例如存储器。

参考图7，信道估计器710执行信道估计。例如，信道估计器710可复用噪声功率估计器的电路和结构以逐个符号的方式进行迭代。可替代地，如果信道估计器使用其他的信道估计方法，如最小二乘估计，或最小均方差(MMSE)，则信道估计器将不能复用噪声功率估计器，或可能不使用迭代。换句话说，通过信道估计器对噪声功率估计器的复用是可选的。

图4B是根据本发明的实施方式的信道估计器400B的示意图。该信道估计器400B可以包括第二卷积电路400，其相对于图4A在上面被描述。该信道估计器400B可以进一步包括一个重构器320A，其相对于图3A在上面被描述。注意，该第一时域训练序列和第二时域训练序列均具有多个符号。例如，第一时域训练序列1110包括140个符号。每一次信道估计器400B的接收机接收第一时域训练序列1110的140个符号中的一个，信道估计器400B的第一减法器110、第二卷积电路400和更新电路410执行它们各自的操作。在每一次迭代过程中，由第二减法器120产生的瞬时误差值被更新，而第二时域训练序列保持不变。因此瞬时信道估计值通过信道估计更新电路416被相应地更新。第一训练序列的估计值通过第二卷积电路400而获得，例如，通过对更新的瞬时信道估计值和第二时域训练序列执行卷积操作。该估计值反过来被反馈到第二减法器120。减法器120从第一时域训练序列1105中减去第一训练序列的估计值，以获得更新的瞬时误差值。当在第一时间域训练序列中的所有140个符号都进行了相应的处理以后，信道估计完成。注意，为了信道估计基于第一时域训练序列的140个符号所进行的140次迭代期间，第二时域训练序列保持不变。

返回参照图2，例如，第一减法器110通过从接收到的信号(包括部分D、接收到的PN序列，和部分A)中减去第n-1帧的部分D(来自上一帧的干扰信号)和第n帧的部分A(来自当前帧的干扰信号)，产生第一时域训练序列。其结果是，产生了具有干扰消除的接收到的PN序列(表示为1105)。注意，当干扰从序列1105中消除时，序列1105只受到噪声的影响。

图5是在图3A和图3B中示出的均衡器310的结构的框图。如图5所示，均衡器310还包括快速傅里叶变换(FFT)电路510、除法器520和判定电路530。该FFT电路510被配置为通过对所接收的信号执行FFT计算以产生FFT结果。除法器520被耦接到FFT电路510并被配置为通过将FFT结果除以上一帧的信道估计值以产生商数。该上一帧的信道估计值，也即针对上一帧的信道估计值，是上一帧的多个符号对应的多个瞬时信道估计的最终更新结果。该判定电路530，被耦接到除法器520并且被配置为基于该商数恢复发射的信号。

图6是根据本发明的实施方式的平均电路600的示意图。平均电路600包括缓冲器和移动平均电路620。缓冲器610缓冲至少一个第二信号，例如，缓冲器610缓冲若干个瞬时噪声值。该移动平均电路620通过平均在缓冲器中的至少一个第二信号的至少部分以产生至少一个平方平均值。例如，第一时域序列，如PN序列包括420个符号。例如，假设第一时域序列包括M个符号，以及移动窗口长度是N个符号，其中N＜M。该移动平均电路620首先计算在移动窗口中的1到N个符号的平方平均，然后移除第一个符号，并添加下一个符号，即，2至N+1，然后3至N+2，...，直到M-N+1至M，这符合先进先出(FIFO)的顺序。

例如，移动平均电路620的移动窗口长度小于本地产生的时域训练序列的长度，例如移动窗口长度为100个符号。当移动窗口移动时，平均电路600计算在移动窗口中的1-100个符号的平方平均，然后为2至101个符号，然后为3至102，...，依次地，直到第一时域序列的最后一个符号计算完毕。更具体地，如果窗口中的符号的数量小于窗口的长度，则移动平均完成。在另一个实施例中，例如初始进行移动平均时，移动平均电路620的窗口中的符号数小于窗口的长度，则移动平均电路620没有输出。直到窗口中的符号数等于窗口的长度后，移动平均电路620才才开始输出数据。

返回参考图1，检测器140检测在至少一个平方平均值中的最小值，并输出最小值作为噪声功率估计值。因为噪声功率的估计是被重构的干扰所影响的，检测器140被用于减少重构的干扰的误差值对噪声功率的影响。

图7示出了根据本发明的实施方式的包括如图1所示的噪声功率估计器100的接收机700的示意图。接收机700可以是用于具有时域训练序列的OFDM系统的接收机。该接收机700包括信道估计器710、噪声功率估计器100、信道状态信息电路730和前向纠错器(FEC)740。该信道估计器710可产生误差值，即，通过从接收到的时域训练序列中减去发射的信号所产生的噪声样本。噪声功率估计器100被耦接到信道估计器710并从误差值中产生噪声功率估计值。信道状态信息(CSI)电路730被耦接到噪声功率估计器100并被配置为基于噪声功率估计值获得信道状态信息。前向纠错器740被耦接到CSI电路730并被配置为基于信道状态信息来纠正错误。注意，在图7中所示的信道估计器710是可选的。换句话说，噪声功率估计器可以独立于信道估计器400B使用，如图4B所讨论的。

图8是根据本发明的另一实施方式的执行噪声功率估计的方法800的流程图。

估计噪声功率的方法800包括：在框810，通过从接收到的第一时域训练序列的符号减去重构的干扰信号以产生至少一个第一信号；在框820，通过从至少一个第一信号中的一个中减去第一时域训练信号的估计值以产生至少一个第二信号；在框830，通过平均至少一个第二信号的至少一部分产生至少一个平方平均值；在框840，在至少一个平方平均值中检测最小值；以及在框850，输出最小值作为噪声功率估计值。

可替代地，该方法800还包括通过预均衡所接收的信号产生预均衡的信号；以及基于该预均衡的信号产生重建的干扰信号。

可替代地，产生预均衡的信号进一步包括：通过对所接收的信号执行FFT计算以产生FFT结果；通过将FFT结果除以上一帧的信道估计值以产生商数；以及基于该商数恢复发射的信号。

可替代地，产生重构的干扰信号进一步包括：通过对预均衡的信号执行IFFT计算以产生IFFT结果；以及通过将IFFT结果与来自上一帧的信道估计值卷积以产生重构的干扰信号。

可替代地，产生重构的干扰信号进一步包括：通过将预均衡的信号与上一帧的信道估计值相乘以产生相乘的信号；以及通过对相乘的信号执行IFFT计算以产生重构的干扰信号。

可替换地，该方法800还包括通过将第二时域训练序列与当前的瞬时信道估计值卷积以产生第一时域训练序列的估计值，其中该第二时域训练序列表示本地产生的时域训练序列。

可替代地，平均至少一个第二信号的至少部分是通过使用移动平均方法实现的。

可替代地，在移动平均方法中使用的移动窗口长度小于本地产生的时域训练序列的长度。

可替代地，第一时域训练序列包括伪噪声序列。

本发明的实施方式还可以具有以下优点：

(1)由于噪声功率估计使用信道估计器误差信号，大大降低了估计的复杂性。

(2)相较于频域估计方法，根据本发明的实施方式的在时域中的估计可以显著提高估计的准确度。传统的频域估计，诸如没有导频的OFDM(DTMB)，硬判决被用于噪声功率估计，其具有较大的误差。

不同实施方式的特征和方面可以被整合到另外的实施方式中，并且本文件所示的实施方式可以在没有所有示例或者描述的特征或者方面的情况下实施。本领域技术人员会注意到，虽然本系统和方法的特定的示例和实施方式为了示例目的而被描述，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以做出不同的修改。此外，一实施方式的特征可以被包含到另一个实施方式中，即使这些特征并未在本文件中在一个单一的实施方式中被一起描述。因此，本发明被所附的权利要求所描述。

Claims (20)

1.一种噪声功率估计器，包括：

第一减法器，其被配置为通过从所接收到的第一时域训练序列的符号中减去重构的干扰信号以产生至少一个第一信号；

第二减法器，其被耦接到所述第一减法器并被配置为通过从所述至少一个第一信号中的一个中减去所述第一时域训练序列的估计值以产生至少一个第二信号；

平均电路，其被耦接到所述第二减法器并被配置为通过平均所述至少一个第二信号的至少部分以产生至少一个平方平均值；以及

检测器，其被耦接到所述平均电路并被配置为

检测所述至少一个平方平均值之中的最小值，以及

输出所述最小值作为噪声功率估计值。

2.根据权利要求1所述的噪声功率估计器，进一步包括：

均衡器，其被配置为通过预均衡所接收到的信号以产生预均衡的信号；以及

信号重构器，其被耦接到所述均衡器和所述第一减法器，并被配置为基于所述预均衡的信号产生所述重构的干扰信号。

3.根据权利要求2所述的噪声功率估计器，其中所述均衡器进一步包括：

FFT电路，其被配置成通过对所接收的信号执行FFT计算产生FFT结果；

除法器，其被耦接到所述FFT电路并被配置为通过将所述FFT结果除以上一帧的信道估计值以产生商数；以及

判定电路，其被耦接到所述除法器并被配置为基于所述商数恢复发射的信号。

4.根据权利要求2所述的噪声功率估计器，其中所述信号重构器进一步包括：

IFFT电路，其被配置为通过对所述预均衡的信号执行IFFT计算以产生IFFT结果；以及

第一卷积电路，其被耦接到所述IFFT电路并被配置为通过将所述IFFT结果与上一帧的信道估计值卷积以产生所述重构的干扰信号。

5.根据权利要求2所述的噪声功率估计器，其中所述信号重构器进一步包括：

乘法器，其被配置为通过将所述预均衡的信号与上一帧的信道估计值相乘以产生相乘的信号；以及

IFFT电路，其被耦接到所述乘法器并被配置为通过对所述相乘的信号执行IFFT计算以产生所述重构的干扰信号。

6.根据权利要求1所述的噪声功率估计器，进一步包括：

第二卷积电路，其被耦接到所述第二减法器，其被配置为通过将第二时域训练序列与当前的瞬时信道估计值卷积以产生所述第一时域训练序列的所述估计值，其中所述第二时域训练序列表示本地产生的时域训练序列。

7.根据权利要求1所述的噪声功率估计器，其中所述平均电路进一步包括缓冲器，其被配置为缓冲所述至少一个第二信号，并且所述平均电路被进一步配置为通过平均在所述缓冲器中的所述至少一个第二信号的至少部分以产生至少一个平方平均值。

8.根据权利要求1所述的噪声功率估计器，其中所述平均电路进一步被配置为通过使用移动平均方法以平均所述至少一个第二信号的所述至少部分。

9.根据权利要求8所述的噪声功率估计器，其中用于所述移动平均方法的移动窗口长度小于本地产生的时域训练序列的所述长度。

10.根据权利要求1所述的噪声功率估计器，其中所述第一时域训练序列包括伪噪声序列。

11.一种接收机，包括：

根据权利要求1至8中任一项所述的噪声功率估计器；

信道状态信息(CSI)电路，其被耦接到所述噪声功率估计器并被配置为基于所述噪声功率估计值获得信道状态信息；以及

前向纠错器，其被耦接到所述CSI电路并被配置为基于所述信道状态信息来纠正错误。

12.一种估计噪声功率的方法，包括：

通过从所接收到的第一时域训练序列的符号中减去重构的干扰信号以产生至少一个第一信号；

通过从所述至少一个第一信号中的一个中减去所述第一时域训练序列的估计值以产生至少一个第二信号；

通过平均所述至少一个第二信号的至少部分以产生至少一个平方平均值；

检测所述至少一个平方平均值之中的最小值，以及

输出所述最小值作为噪声功率估计值。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

通过预均衡所接收到的信号以产生预均衡的信号；以及

基于所述预均衡的信号产生所述重构的干扰信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其中产生所述预均衡的信号进一步包括：

通过对所接收的信号执行FFT计算产生FFT结果；

通过将所述FFT结果除以上一帧的信道估计值以产生商数；以及

基于所述商数恢复发射的信号。

15.根据权利要求13所述的方法，其中产生所述重构的干扰信号进一步包括：

通过对所述预均衡的信号执行IFFT计算以产生IFFT结果；以及

通过将所述IFFT结果与上一帧的信道估计值卷积以产生所述重构的干扰信号。

16.根据权利要求13所述的方法，其中产生所述重构的干扰信号进一步包括：

通过将所述预均衡的信号与上一帧的信道估计值相乘以产生相乘的信号；以及

通过对所述相乘的信号执行IFFT计算以产生所述重构的干扰信号。

17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：

通过将第二时域训练序列与当前的瞬时信道估计值卷积以产生所述第一时域训练序列的所述估计值，其中所述第二时域训练序列表示本地产生的时域训练序列。

18.根据权利要求12所述的方法，其中平均所述至少一个第二信号的所述至少部分通过使用移动平均方法来实现。

19.根据权利要求18所述的方法，其中用于所述移动平均方法的移动窗口长度小于本地产生的时域训练序列的长度。

20.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一时域训练序列包括伪噪声序列。