CN113037402B - 一种自适应信道噪声功率估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信道噪声功率估计的方法，包括：步骤100：接收一个或多个参考信号序列，进行最小二乘信道估计；步骤200：计算相邻参考信号子载波信道的相关系数α；步骤300：根据参考信号的每一个子载波和该子载波前后两个子载波的最小二乘信道估计值以及相关系数α，计算噪声功率估计值。基于本发明的实施例，不需要通过复杂的滤波操作，也可以根据不同的信道状态自适应地调整，计算复杂度低，同时保证了噪声功率估计的准确性。

Description

一种自适应信道噪声功率估计方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统，尤其涉及信道噪声功率估计的方法。

背景技术

随着第五代移动通信技术(5th-generation，简称5G)的快速发展，对接收端的各种算法提出了更高的要求。在接收端，噪声功率的估计对接收端的其他参数估计、信号的解调接收起着关键的作用。

目前的噪声功率估计方案主要有两种。一种方案是利用低通滤波器对输入信号进行滤波，得到滤波后的信号，根据滤波前后的信号计算差值的方差，来估计噪声功率。由于噪声信号带宽范围较宽，低通滤波无法完全将噪声滤除，所以这种低通滤波方案估计的噪声功率偏低。并且当输入信号序列较长时，进行滤波操作，对系统来说复杂度较高，计算时延大。另外一种方案是认为相邻参考信号子载波的信号响应相同，将相邻参考信号子载波的含有噪声的信道估计结果计算差值，进行多个子载波的平均，认为是噪声功率估计值。这种方案计算简单，复杂度低，但是当信道状态快速变化时，该方案所依赖的相邻子载波信道响应相同的假设不再成立。

对于5G系统来说，需要提供一种低复杂度高准确性的噪声功率估计方法，以满足系统低时延、高可靠的通信要求。

发明内容

本发明针对上述问题，根据本发明的第一方面，提出一种信道噪声功率估计方法，包括：

步骤100：接收一个或多个参考信号序列，进行最小二乘信道估计；

步骤200：计算相邻参考信号子载波信道的相关系数α；

步骤300：根据参考信号的每一个子载波和该子载波前后两个子载波的最小二乘信道估计值以及相关系数α，计算噪声功率估计值。

在本发明的一个实施例中，其中，所述步骤100包括：

步骤110：生成本地参考信号序列X(k)，k＝1,2,3…,N，其中N为正整数；

步骤120：从接收序列中取出对应参考信号子载波位置处的接收信号Y(k)，k＝1,2,3…,N；

步骤130：根据本地生成参考信号序列和接收参考信号序列进行最小二乘信道估计，得到最小二乘信道估计值

k＝1,2,3…,N。

在本发明的一个实施例中，其中，步骤200包括：根据信道估计结果计算当前信道的多径时延，根据多径时延索引获得参考信号子载波的相关系数α。

在本发明的一个实施例中，其中，步骤200包括：将相邻子载波的实际信道响应相除并求平均值以获得相关系数α。

在本发明的一个实施例中，其中，步骤300中的噪声功率根据下列公式估算：

其中α为相关系数，N为参考信号中的子载波数量，

为参考信号序列中第k个信号子载波的最小二乘信道估计结果。

根据本发明的第二方面，提出一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现本发明的信道噪声功率估计方法。

根据本发明的第三方面，提出一种计算系统，包括：存储装置、以及一个或者多个处理器；其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现本发明的信道噪声功率估计方法。

与现有技术相比，本发明的优点在于本方案能够根据粗信道估计的结果，确定信道相关性，并自适应地调整相邻子载波信道响应的相关系数，利用信道相关性估计噪声功率。本方案不需要通过复杂的滤波操作，也可以根据不同的信道状态自适应地调整，计算复杂度低，同时保证了噪声功率估计的准确性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示出了现有技术的移动通信系统信道示意图；

图2示出了信号时频域的结构图；

图3示出了根据本发明实施例的处理流程图。

具体实施方式

为了解决背景技术中所提出的问题，发明人经过研究提出了一种自适应的噪声功率估计方案。

图1示出了现有技术的移动通信系统，其包括：发送端，用于发射信号；无线信道；以及接收端，用于接收信号并进行处理。其中发射信号经过无线信道衰落，并且添加了高斯白噪声，到达接收端。

本系统假设信号分为参考信号和数据信号，接收端则根据参考信号估计噪声功率用于对数据信号的处理。信号时频域结构图如图2所示，假设一个含有参考信号的时域符号内共有M个子载波，其中参考信号占用N个子载波，M和N都为正整数，这N个子载波在时域上占用相同的时段，其余子载波用于传输数据，图2示出了分别属于两个时域符号的2N个参考信号，本发明是对参考信号所在的子载波进行信道估计，不需要每一个子载波上都有参考信号。

参照图1，假设发送端发送参考信号为X，通过信道H的作用，并在传输过程中受到了噪声W的影响，本系统假设噪声是加性高斯白噪声，即噪声服从均值为0，方差为σ²的正态分布，则接收到的参考信号Y可以表示为

Y＝HX+W

一般而言，接收端首先根据参考信号进行最小二乘信道估计，得到粗信道估计值

这种粗信道估计没有考虑噪声，因此存在由噪声影响带来的粗信道估计的误差

根据粗信道估计值

计算出相邻子载波的参考信号信道响应的相关系数α。即认为子载波k和k-1,k+1,k＝2,3,4,…,N-1处的真实信道估计值满足

H(k+1)＝αH(k)

根据上述假设可以计算噪声功率，

假设不同子载波上的噪声是正交的，即

E[Z(k)^*Z(k+1)]＝0

E[Z(k)^*Z(k-1)]＝0

E[Z(k)Z(k+1)^*]＝0

E[Z(k+1)^*Z(k-1)]＝0

E[Z(k)Z(k-1)^*]＝0

E[Z(k-1)^*Z(k+1)]＝0

并有σ²＝E[Z(k)^*Z(k)]＝E[Z(k+1)^*Z(k+1)]＝E[Z(k-1)^*Z(k-1)]，

则

则噪声功率估计值为

其中E表示期望，|·|表示模。

因此，根据上面的推导过程以及结论，可以看出，要得到噪声功率估计值，首先根据接收参考信号序列和本地参考信号序列进行最小二乘信道估计，得到含有噪声的粗信道估计值；然后，根据粗估计信道估计值，计算出相邻参考信号子载波信道的相关系数，根据相关系数和当前参考信号位置信号响应，可以估计出相邻子载波的信道响应值；最后，根据当前参考信号子载波和前后两个子载波的粗信道估计值计算差值，统计差值平均值，得到噪声功率估计值。

图3示出了本发明一个实施例的信道噪声功率估计方法流程图，以下结合图2所示的信号时频域结构图，进行详细描述。该实施例具体步骤如下：

步骤100：接收机接收信号，进行粗信道估计，包括：

步骤110：接收机生成本地参考信号序列，记为X(k)，k＝1,2,3…,N。在现有技术中，本地参考信号序列与发送端发送的参考信号序列相同，参考信号的种类很多，本发明对参考信号序列和种类没有特别要求，采用可以进行信道估计的参考信号序列即可。例如在5G NR系统中，参考信号可以是下行的CSIRS信号或者DMRS信号，或者上行的SRS信号，LTE系统下行可以选择CRS信号；

步骤120：接收机从接收序列中取出对应参考信号子载波位置处的接收信号，记为Y(k)，k＝1,2,3…,N；

步骤130：接收机根据本地生成参考信号序列和接收参考信号序列进行粗信道估计，得到粗信道估计结果

k＝1,2,3…,N，根据最小二乘信道估计原理，该粗信道估计结果也即为最小二乘信道估计结果；步骤200：接收机计算相邻参考信号子载波信道的相关系数，包括：

步骤210：根据粗信道估计结果计算当前信道的多径时延，例如根据粗信道估计结果计算信道频域相关性，再由频域相关性计算出信道的多径时延均方根。对于本领域普通技术人员来说，有多种方法计算信道的多径时延，本发明不再赘述，例如参见文献HArslan，T Yucek的<Delay spread estimation for wireless communication systems>，Proceedings of the Eighth IEEE Symposium on Computers and Communications.ISCC2003；

步骤220：根据当前信道的多径时延均方根，索引相邻参考信号子载波的相关系数，在本实施例中可以根据下表进行索引

多径时延/ns	相关系数
		50	1.3
100	0.8
		300	0.7

步骤300：接收机根据相关系数和粗信道估计结果，利用下面的公式估计噪声功率：

根据本发明的另一个实施例，可以认为相邻子载波的实际信道响应相除是相关系数，因此也可以通过统计粗信道估计的相关序列

的平均值得到这个相关系数。

为使本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容，上面围绕本公开内容进行了描述。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行各种修改是显而易见的，并且，本文定义的通用原理也可以在不脱离本公开内容的精神或保护范围的基础上适用于其它变型。此外，除非另外说明，否则任何方面和/或实施例的所有部分或一部分可以与任何其它方面和/或实施例的所有部分或一部分一起使用。因此，本公开内容并不限于本文所描述的例子和设计方案，而是与本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (6)

1.一种信道噪声功率估计方法，包括：

步骤100：接收一个或多个参考信号序列，进行最小二乘信道估计；

步骤200：计算相邻参考信号子载波信道的相关系数α；

步骤300：根据参考信号的每一个子载波和该子载波前后两个子载波的最小二乘信道估计值以及相关系数α，计算噪声功率估计值，

其中，步骤300中的噪声功率根据下列公式估算：

其中α为相关系数，N为参考信号中的子载波数量，

为参考信号序列中第k个信号子载波的最小二乘信道估计结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤100包括：

步骤110：生成本地参考信号序列X(k)，k＝1,2,3…,N，其中N为正整数；

步骤120：从接收序列中取出对应参考信号子载波位置处的接收信号Y(k)，k＝1,2,3…,N；

步骤130：根据本地生成参考信号序列和接收参考信号序列进行最小二乘信道估计，得到最小二乘信道估计值

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤200包括：根据信道估计结果计算当前信道的多径时延，根据多径时延索引获得参考信号子载波的相关系数α。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤200包括：将相邻子载波的实际信道响应相除并求平均值以获得相关系数α。

5.一种计算机可读存储介质，其中存储有一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被执行时用于实现如权利要求1-4任意一项所述的方法。

6.一种计算系统，包括：

存储装置、以及一个或者多个处理器；

其中，所述存储装置用于存储一个或者多个计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时用于实现如权利要求1-4任意一项所述的方法。

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