CN114785654A - Ofdm系统参考符号编码及噪声功率估计和信道估计的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种OFDM系统参考符号编码及噪声功率估计和信道估计的方法，在OFDM系统的发送端OFDM系统的同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
在OFDM的接收端获得所述参考符号通过OFDM系统的信道传输后对应的参考向量，并根据相邻子载波的参考向量获得相邻子载波的噪声功率和下界，且据此估计OFDM系统的噪声功率和OFDM系统的信道估计。本发明的技术方案实现了窄带OFDM系统的信道估计，降低其计算的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种OFDM系统参考符号编码及噪声功率估计和信道估计的方法。
背景技术
OFDM系统中基于参考信号(导频)的信道估计方法有LS算法、MMSE算法、LMMSE算法以及FFT算法。
LS算法的缺点在于没有考虑系统中噪声的影响，在LS算法基础之上改进的MMSE算法考虑了噪声因素的影响，但是缺点在于涉及矩阵求逆，计算量巨大使得工程上难以实现。在MMSE算法上简化的LMMSE算法减少了一定的运算量，但仍需要提前获取信道有关噪声功率的信息。
FFT算法针对LS算法得到的信道频域响的估计值做修正处理，主要用于在常规OFDM系统中，当时域信道冲击响应的长度不大于循环前缀的(CP)的长度时，通过IFFT将频域信号响应变换到时域后，在时域做加窗处理保留CP内的有效的频域响应值，将CP长度以外的频域响应值置零去噪，然后再将去噪后的时域频域响应通过FFT变换到频域获得去噪后的频域响应。
对于窄带OFDM系统，尤其当OFDM系统的时域信道冲击响应点数长度大于有效子载波个数时，在对LS算法估计的信道频域响应做IFFT变换到时域后，信号的能量分布不够集中，无法使用加窗降噪处理，在对LS算法估计的信道频域响应做IFFT变换到时域后，信号的能量分布不够集中，无法使用加窗降噪处理。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种OFDM系统参考符号编码及噪声功率估计和信道估计的方法，在OFDM系统的发送端同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
在OFDM系统的发送端利用接收的相邻子载波的参考符号，通过几何方法获得各相邻子载波噪声功率和下界，并据此估计OFDM系统的噪声功率，再利用OFDM系统的估计值进行信道估计。本发明的技术方案实现了通过几何方法估计相邻子载波的噪声功率和的下界，并据此估计OFDM系统的噪声功率，实现了窄带OFDM系统的信道估计，降低其计算的复杂。
第一方面，本发明实施例提供了一种OFDM系统参考符号编码的方法，在OFDM系统的发送端同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
所述调制空间为数字调制的星座图空间。
由上，相邻子载波的参考符号采用在调制空间的幅度相同角度相差
可以理解相邻子载波的参考符号在调制空间对应的参考向量正交，利用该正交通过几何方法可以估计相邻子载波的噪声功率和的下界，从而估计OFDM系统的信道噪声功率。
在第一方面的一种可能实施方式中，所述子载波的调制方式为QPSK。
由上，采用QPSK的调制方式，在一定的码效率基础上，相邻子载波的参考符号选择最简单。
在第一方面的一种可能实施方式中，每个子载波的信号帧包括交叉分布所述参考符号与数据符号。
由上，通过交叉分布所述参考符号与数据符号，在接收端根据参考符号传输后的信号估计出信道响应，用于与其相邻的数据符号的还原，数据符号的还原准确。
在第一方面的一种可能实施方式中，所述子载波的调制方式为QPSK时，一个子载波的各所述参考符号按顺序时间循环采用QPSK的星座图中的点对应的调制符号。
由上，采用QPSK的调制方式，在第一时间相邻子载波的参考符号在调制空间角度相差
然后一个子载波的各参考符号按顺序时间循环采用QPSK的星座图中的点对应的调制符号，从而实现每个时刻相邻子载波的参考符号在调制空间角度总是相差
参考符号选择方式最简单。
第二方面，本发明实施例提供了一种OFDM系统噪声功率估计的方法，包括：根据接收的各子载波的射频信号，获得所述各子载波的加噪参考符号，并转换为所述各子载波在调制空间的参考向量，一个子载波的所述加噪参考符号为发送端按照第一方面的任一实施方式所述方法获得的该子载波的参考符号经过信道传输的结果；在调制空间中获得两个相邻子载波的所述参考向量的第二线段与第一线段的一半的差值的绝对值，作为该两个相邻子载波的噪声功率和的下界，所述第一线段为连接该两个相邻子载波的所述参考向量的坐标点的线段，所述第二线段为连接调制空间的原点与所述第一线段的中点的线段；根据各对相邻子载波的所述下界，获得所述OFDM系统的噪声功率的估计值。
由上，在调制空间中只根据两个相邻子载波的参考向量的位置通过几何的方法获得该两个相邻子载波的噪声功率和的下界，以用于OFDM系统的噪声功率估计，实现了窄带OFDM系统的噪声功率估计。
在第二方面的一种可能实施方式中，所述根据各对相邻子载波的所述下界，获得所述OFDM系统的噪声功率的估计值，具体包括：对各对相邻子载波的所述下界求均值，把该均值的一半作为所述噪声功率的估计值。
由上，对各对相邻子载波的噪声功率和下界求均值，把该均值的一半作为所述噪声功率的估计值，所得的OFDM系统的噪声功率的估计值比较准确。
在第二方面的一种可能实施方式中，获得所述各子载波的加噪参考符号，具体包括：对所述射频信号进行FFT变换和去除CP，获得所述加噪参考符号。
由上，通过FFT变换和去除CP获得各发送端的参考符号对应的加噪参考符号，便于通过几何法估计相邻子载波的噪声功率和的下界。
第三方面，本发明实施例提供了一种OFDM系统的信道估计方法，包括：采用第二方面的任一种可能的实施方式获得OFDM系统的噪声功率的估计值；根据所述噪声功率的估计值对所述OFDM系统进行信道估计。
由上，根据第二方面获得的噪声功率，实现窄带OFDM系统的信道估计。
在第三方面的一种可能实施方式中，所述根据所述噪声功率的估计值对所述OFDM系统进行信道估计，具体包括：把所述噪声功率的估计值作为LMMSE算法的输入，对所述OFDM系统进行信道估计。所述发送端采用权利要求8或9所述方法，对OFDM系统进行信道估计。
由上，根据第二方面获得的噪声功率，利用LMMSE算法实现窄带OFDM系统的信道估计，结果更准确。
第四方面，本发明实施例提供了一种OFDM系统，包括：发送端和接收端；所述发送端按照第一方面的任一实施方式所述方法获得的OFDM系统各子载波的参考符号；所述发送端采第三方面任一可能实施方式所述方法，对OFDM系统进行信道估计。
第五方面，本发明实施例提供了一种计算设备，包括，
总线；
通信接口，其与所述总线连接；
至少一个处理器，其与所述总线连接；以及
至少一个存储器，其与所述总线连接并存储有程序指令，所述程序指令当被所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器执获得本发明第一方面任一所述参考符号或执行本发明第一方面任一所述实施方式或执行本发明第三方面任一所述实施方式。
第六方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令当被计算机执行时使得所述计算机获得本发明第一方面任一所述参考符号或执行本发明第一方面任一所述实施方式或执行本发明第三方面任一所述实施方式。
附图说明
图1A为本发明的QPSK的调制空间的示意图；
图1B为本发明的QPSK的调制空间的一个参考向量的示意图；
图2为本发明的各实施例应用场景的结构示意图；
图3A为本发明的一种OFDM系统参考符号的信号帧的结构示意图；
图3B为本发明的一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例的流程示意图；
图4为本发明的一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例的流程示意图；
图5A为本发明的一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例中两个相邻子载波的参考向量的关系示意图；
图5B为本发明的一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例中两个相邻子载波的噪声功率和的下界大小示意图；
图6为本发明的一种OFDM系统的信道估计方法实施例的流程示意图；
图7为本发明的一种OFDM系统的信道估计方法实施例中的处理结果示意图；
图8为本发明的一种OFDM系统的结构示意图；
图9为本发明各实施例的一种计算设备的结构示意图。
具体实施方式
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三等”或模块A、模块B、模块C等，仅用于区别类似的对象，或用于区别不同的实施例，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
在以下的描述中，所涉及的表示步骤的标号，如S110、S120……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
1.调制空间：数字调制的星座图空间，包括I和Q两个坐标轴，星座图中一个点代表一个调制符号。
2.参考符号：OFDM系统在基带进行数字调制，把一个调制单位长度的参考信号调制为调制空间的参考符号，参考符号用复数表示为a+bi，a为调制空间的坐标轴I上的分量，b为调制空间的坐标轴q上的分量。调制单位的长度与调制方式有关，QPSK的调制单位的长度为2，8PSK的调制单位的长度为3。
图1A示出了一个QPSK的调制空间，大圆上的4个小圆构成了QPSK的星座图，分别为QPSK的星座图一个点。8PSK的星座图一个点则有8个点，分别在一个圆上。
3.调制空间的向量：把调制空间作为一个平面向量空间，该空间上一个坐标点即一个符号可以看成该空间的一个向量。
图1B示出了一个QPSK的参考向量
其中，A点为调制空间的原点，P点为调制空间的一个坐标点。
本发明各实施例提供了一种OFDM系统参考符号编码及噪声功率和信道估计方法，其技术方案包括：在OFDM系统的发送端同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
在OFDM系统的发送端利用接收的相邻子载波的参考符号，通过几何方法获得各相邻子载波噪声功率和下界，并据此估计OFDM系统的噪声功率，再利用OFDM系统的估计值进行信道估计。本发明的技术方案实现了通过几何方法估计相邻子载波的噪声功率和的下界，并据此估计OFDM系统的噪声功率，实现了窄带OFDM系统的信道估计，降低其计算的复杂。
下面首先在介绍本发明的应用场景，图2示出了本发明各实施例的应用场景，该场景为一种OFDM系统，其包括发送端和接收端。
其中，发送端对经过基带编码的数据信号和参考信号进行数字调制获得数据符号和参考符号，然后添加CP，再经过射频调制生成OFDM的射频信号进行发送。
其中，接收端对接收的含有信道噪声的OFDM的射频信号，进行射频解调和去除CP，获得各子载波的加噪参考符号，一个载波的加噪参考符号可以理解为该子载波的参考符号经过信道传输后的结果，其包括信道噪声，根据各子载波的加噪参考符号对OFDM系统的信道进行信道估计，获得OFDM系统的频域响应，根据该频域响应对数据复信号数字解调，获得包含传输信息的数据信号。
其中，本发明的一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例中在发送端对参考符号进行编码，参考符号经过信道传输后的结果用于在接收端进行信道估计，本发明的一种OFDM系统信道噪声估计的方法实施例和一种OFDM系统信道估计的方法实施例在接收端分别进行OFDM系统的信道噪声功率估计和信道估计，以解调出包含传输信息的数据信号。
下面根据图3A至图9介绍本发明的各实施例。
首先根据图3A介绍本发明各实施例使用的一种OFDM系统参考符号的信号帧，图3A示出了其结构，包括同步符号、参考符号和数据符号。
其中，同步符号、参考符号和数据符号分别位于约定位置，该约定位置为图2的发送端与接收端所已知。图3A中各符号的位置只是一种示例。
其中，同步符号为同步信号的调制符号，用于同步和矫正频偏。
其中，参考符号为一个调制单位长度的参考信号的调制符号，数据符号为一个调制单位长度的数据信号的调制符号。参考符号和数据符号二者在时域上成块状交叉分布
其中，每个参考符号采用调制空间中星座图上的一个点。在OFDM系统的发送端同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
所述幅度相同为子载波的参考符号映射在星座图上一个点。
由上，相邻子载波的参考符号采用在调制空间的幅度相同角度相差
可以理解相邻子载波的参考符号在调制空间对应的参考向量正交，利用该正交通过几何方法可以估计相邻子载波的噪声功率和的下界，从而估计OFDM系统的信道噪声功率。
其中，在本实施例中采用QPSK调制，QPSK在星座图上有4个点，位于一个圆上的4个点，用复数形式表示分别为：
相邻的点相差
其中，在另一些实施例中采用其他调制方式，用8PSK调制，8PPSK在星座图上有8个点，相邻的点相差
间隔点相差
由上，采用QPSK的调制方式，在一定的码效率基础上，相邻子载波的参考符号选择最简单。
其中，子载波采用QPSK调制时，一个子载波的各参考符号按顺序时间循环采用QPSK的星座图中的点对应的调制符号，即顺序时间循环采用QPSK的星座图中的圆上的点对应的调制符号。
由上，采用QPSK的调制方式，在第一时间相邻子载波的参考符号在调制空间角度相差
然后一个子载波的各参考符号按顺序时间循环采用QPSK的星座图中的点对应的调制符号，从而实现每个时刻相邻子载波的参考符号在调制空间角度总是相差
参考符号选择方式最简单。
需要强调的是，本实施例的参考信号不仅可以用于OFDM系统，也可以用于其他具有相邻多载波的系统，都是本发明的保护范围。
下面结合图3B介绍本发明的一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例。
一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例在图2的发送端中执行，在该发送端同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
使同一时间的相邻子载波的参考符号对应的向量互相垂直，以用于在接收端直接通过几何方法估计OFDM系统的噪声功率。
图3B示出了一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例流程，其包括步骤S110至S120。
在本方法实施例中采用QPSK对参考信号和数据信号进行调制，
S110：从QPSK的星座图中为同一时间的相邻子载波选择相互正交的参考符号。
其中，同一时间相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
使同一时间的相邻子载波的参考符号之间正交。设有N个子载波，从第一个载波到第N个载波按照
…的顺序选择参考符号。
其中，一个子载波的各参考符号按顺序时间循环采用QPSK的星座图中的点对应的调制符号，即一个子载波在时间上，按照
…的顺序选择参考符号。
S120：按照通信帧结构，参考符号、数据符号和同步符号组成信号帧。
其中，数据符号为利用QPSK的星座图对各子载波的承载数据信号进行数字调制而获得，数据符号和参考符号采用同样的调制方式且与交叉分布，以利用参考符号的信道估计提高数字符号解调的成功率。
其中，同步符号为利用同步码自身的调制方法对同步码进行数字调制而获得，为了便于同步码的解调，同步码的调制方式不高于参考符号的调制方式。综上，在一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例中，在OFDM系统的发送端同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
使同一时间的相邻子载波的参考符号对应的向量互相垂直，以用于在接收端直接通过几何方法估计OFDM系统的噪声功率。
下面基于图4至图5B介绍本发明的一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例。
一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例在图2的接收端执行，根据接收的各子载波的参考信号的时域信号，获得各子载波的在调制空间中的参考向量，根据相邻子载波的参考向量通过几何关系估计一种OFDM系统的噪声功率，从而实现在除各子载波的在调制空间中的参考向量外未获得其他信息的情况估计出OFDM系统的噪声功率，以用于OFDM系统的信道估计。
图4示出了一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例的流程，其包括步骤S210至S230。
S210:根据接收的各子载波的参考符号的射频信号，获得所述各子载波的加噪参考符号，并转换为所述各子载波在调制空间的参考向量。
其中，所接收的各子载波的参考符号的射频信号为发送端使用一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例中的参考符号、经过图2的发送端添加CP和射频调制(通常通过IFFT实现)后、经过OFDM信道传输后被图2中接收端接收的射频信号。
其中，根据图3A的信号帧结构中参考符号的位置从图2接收端接收的OFDM系统的射频信号中，获取接收的各子载波的参考信号的时域信号，经过FFT变换即射频解调和去除CP后，获得接收端的各子载波的参考信号的加噪参考符号。
其中，在一些实施例中，在进行FFT变换之前，还利用图3A中的约定位置的同步符号经过对接收的信号帧进行同步和频偏纠正等处理。
其中，一个载波的加噪参考符号可以理解为发送端的参考符号经过OFDM信道的频域响应后的结果与该子载波的信道噪声之和。
其中，所获得的各子载波的加噪参考符号为复数形式，可以参照图1B转换为各子载波在调制空间的参考向量，一个子载波的参考向量为该载波的加噪参考符号在调制空间的向量形式。
S220:在调制空间中根据两个相邻子载波的参考向量的位置通过几何的方法获得该两个相邻子载波的噪声功率和的下界。
其中，该几何的方法的一种具体的方式为：在调制空间中获得两个相邻子载波的参考向量的第二线段与第一线段的一半的差值的绝对值，作为该两个相邻子载波的噪声功率和的下界。
其中，第一线段为连接该两个相邻子载波的所述参考向量的坐标点的线段，第二线段为连接调制空间的原点与第一线段的中点的线段。
下面结合图5A和图5B详细介绍获得两个相邻子载波的噪声功率和的下界的方法。
图5A示出了两个相邻子载波的参考向量的关系，图5B示出了两个相邻子载波的噪声功率和下界的大小。
设发送端的子载波的参考符号为X，子载波的传输信道为高斯白噪声信道且噪声为N，子载波频域响应为H，则接收端的子载波的加噪参考符号Y可以用式(1)表示。
Y＝H*X+N (1)
其中，可以认为各子载波的频域响应一致，H可表示为一个复数，如式(2)表示。
H＝Aejθ (2)
又在发送端该两个相邻子载波的参考符号分别用X1和X2表示，在接收端上两个相邻子载波的加噪参考符号分别用Y1和Y2表示，在传输信道上该两个相邻子载波的噪声分别用N1和N2表示，根据式(1)可以得到式(3)。
把式(1)中的Y和N按实部和虚部分开，用式(4)表示。
根据式(4)可得式(5)。
Y-N＝(Yreal-Nreal)+(Yimag-Nimag)i (5)
在调制空间中，Y和N可以转换为向量
和
式(3)右边转换为向量为
所以在调制空间中复数的加减可以转换为向量的加减。
同理，在调制空间中，用Y1和N1可以转换为向量
和
根据式(5)可知，Y1-N1可以转换为向量
用Y2和N2可以转换为向量
和
根据式(5)可知，Y2-N2可以转换为向量
因为X1和X2在调制空间的星座图上的点幅度相同角度相差
所以两者转换为向量时互相正交；又因为复数域的点乘等价于向量空间中的旋转，不改变被点乘的复数对应的向量的角度关系，所以H*X1与H*X1在调制空间的向量相对于X1和X2在调制空间的向量分别旋转了式(2)的θ角，H*X1与H*X1对应的向量的角度关系还是垂直的。
根据式(3)可知，
和
是H点乘X1和X2的等价向量，所以
和
是垂直的，相邻子载波之间的向量减去信道上噪声表示的向量所得的向量是正交的。
因此可以得到式(6)。
即相邻子载波之间加噪参考符号减去信道上噪声后的向量是正交的。
在图5A中，Y1用向量
N1用
Y1-N1用向量
表示，N2用向量
N2用
Y2-N2用向量
表示，所以向量
与向量
是垂直的。
在调制空间连接X1和X2对应向量的坐标点的线段为第一线段，第一线段为在图5A中线段BC；取BC的中点D为圆心，以第一线段为直径作圆D，向量
与向量
所在的两条直线的交点必定在以线段BC为直径的圆上，该交点为图5A中E点。
图5B在图5A的基础上，增加了第二线段，连接调制空间的原点与第一线段的中点的线段为第二线段，第二线段为线段AD，线段A点交于圆D于E′，则第二线段与第一线段的一半的差值的绝对值为线段AE′的长度，线段AE′为A到圆D上各点的最短线段。
在图5B中，过A点做直线GB的垂线段交直线GB于G′，过A点做直线FC的垂线段交直线FC于F′，則可以得到式(7)
根据式(7)可以得到，图5B中线段AE′的长度可以作为两个相邻子载波的噪声功率和的下界。
由上，在调制空间中只根据两个相邻子载波的参考向量的位置通过几何的方法获得该两个相邻子载波的信道噪声功率和的下界，以用于OFDM系统的噪声功率估计。
S230:根据各对相邻子载波的噪声功率和的下界，估计OFDM系统的噪声功率。
其中，在一些实施例中，对接收端的各相邻子载波的噪声功率和的下界求均值，把该均值的一半作为所述OFDM系统的噪声功率的估计值。在另一些实施例中，对接收端的各相邻子载波的噪声功率和的下界的最小值的一半或中值的一半作为所述OFDM系统的噪声功率的估计值。
需要强调的是，本实施例的噪声功率估计不仅可以用于OFDM系统，也可以用于其他具有相邻多载波的系统，都是本发明的保护范围。
在一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例中，根据接收的各子载波的参考符号的射频信号，获得各子载波在调制空间中的参考向量，在调制空间中获得两个相邻子载波的参考向量的第二线段与第一线段的一半的差值的绝对值，作为该两个相邻子载波的噪声功率和的下界，其中，第一线段为连接该两个相邻子载波的所述参考向量的坐标点的线段，第二线段为连接调制空间的原点与第一线段的中点的线段。本实施例的技术方案实现在除各子载波的在调制空间中的参考向量外未获得其他信息的情况估计出OFDM系统的噪声功率，从而用于OFDM系统的信道估计。
下面基于图6至图7介绍本发明的一种OFDM系统的信道估计方法实施例。
一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例利用本发明的一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例的方法估计OFDM系统的噪声功率，并利用该估计值利用LMMSE方式进行信道估计，获得OFDM的频域响应。本实施例的技术方案用于窄带OFDM系统，当OFDM系统的时域信道冲击响应点数长度大于有效子载波个数时，在对LS算法估计的信道频域响应做IFFT变换到时域后，信号的能量分布不够集中，无法使用加窗降噪处理，通过几何方法估计相邻子载波的噪声功率和的下界，并据此估计OFDM系统的噪声功率，实现了窄带OFDM系统的信道估计，降低其计算的复杂。
为了叙述方便，本实施例示例以一个仅有6个子载波承载信息的OFDM系统为例进行说明。
图6示出了本发明的一种OFDM系统的信道估计方法实施例的流程，其包括S310和S350。
其中，步骤S310在图2的发送端执行，步骤S320至S350在图2的接收端执行，步骤S320至S340为一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例的详细实施方式，其中原理部分不再介绍，可以参照一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例相应的步骤。
下面对每个步骤进行具体介绍，同时在介绍中结合图7示出本实施例中的相关数据的处理结果。
S310：发送端发送包含按照一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例所述方法获得的参考符号的信号帧的射频信号。
其中，本步骤的OFDM系统的参考符号采用QPSK方式调制，每个参考符号采用QPSK的调制空间中星座图上的一个点。在OFDM系统的发送端同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
其中，子载波1至6在发送端的参考符号为图7示例地给出各个子载波1至6在一个时刻的参考符号Xi，i＝1至6，顺序采用式(8)中的调制符号。
其中，信号帧中参考符号与数据符号按照图3A的结构呈交叉块状分布。一个子载波的各参考符号按顺序时间循环采用QPSK的星座图中的点对应的调制符号，即顺序时间循环采用QPSK的星座图中的圆上的点对应的调制符号。示例地，第一个子载波的参考符号按时间顺序采用式(9)中的调制符号，用了第四个调制符号后又循环到第一个。
其中，参考符号在信号帧中位置如图3A所示，该信号帧被调制成OFDM系统射频信号时，结构保持不变。
S320:接收端根据接收的各子载波的参考符号的射频信号获得所接收的各子载波的加噪参考符号，并转换为各子载波在调制空间的参考向量。
其中，接收端对接收的信号帧的射频信号经过滤波、同步和频偏纠正等处理后，并根据参考符号的位置获得参考符号的射频信号，接着通过FFT和去CP等处理，获得参考符号的6个子载波数据上的加噪参考符号为Yi，i＝1至6，即图7的Y1至Y6。
其中，Yi可以理解为发送端的Xi经过信道传输后得到的H*Xi与该子载波的信道噪声Ni之和，可以用式(10)表示。
Yi＝H*Xi+Ni (10)
S330:接收端在调制空间中根据两个相邻子载波的参考向量的位置通过几何的方法获得该两个相邻子载波的噪声功率和的下界。
其中，该几何方法包括以下步骤：
1)连接两个相邻子载波的参考向量的坐标点生成第一线段，并获得第一线段的中点和长度。
2)连接第一线段的中点与调制空间的原点生成第二线段，并获得第二线段的长度。
3)第二线段的长度与第一线段的长度的一半的绝对值作为上述两个相邻子载波的噪声功率和的下界。
示例地，在图7个中示出了相邻子载波1和2、相邻子载波3和4及相邻子载波5和6的噪声功率和的下界N12、N34和N56.
S340:接收端对各相邻子载波的噪声功率和的下界求均值，把该均值的一半作为OFDM系统的噪声功率的估计值。
其中，本例中估计出的OFDM系统的噪声功率为一个估计值，可用于LMMSE方式对OFDM系统进行信道估计。
其中，在图7个中示出了本步骤估计出的噪声功率NS。
S350：接收端根据OFDM系统的噪声功率的估计值，对OFDM系统进行信道估计。
其中，所得到的信道估计值为OFDM系统的子载波的频域响应，为式(1)H。不仅可以用于道估计，也可以用于任何需要输入子载波的噪声功率的处理方法。
其中，本步骤的信道估计包括所有需要输入系统功率噪声的方法。LMMSE是其中一种方法。
需要强调的是，本实施例的信道估计不仅可以用于OFDM系统，也可以用于其他具有相邻多载波的系统，都是本发明的保护范围。
综上，一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例利用本发明的一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例的方法估计OFDM系统的噪声功率，并利用该估计值利用LMMSE方式进行信道估计，获得OFDM的频域响应。本实施例的技术方案用于窄带OFDM系统，当OFDM系统的时域信道冲击响应点数长度大于有效子载波个数时，在对LS算法估计的信道频域响应做IFFT变换到时域后，信号的能量分布不够集中，无法使用加窗降噪处理，通过几何方法估计相邻子载波的噪声功率和的下界，并据此估计OFDM系统的噪声功率，实现了窄带OFDM系统的信道估计，降低其计算的复杂。
下面基于图8介绍本发明的一种OFDM系统实施例。
图8示出了一种OFDM系统实施例的结构，其为OFDM系统800，包括：发送端810和接收端820。
发送端810包括参考符号调制模块8110，接收端820包括参考向量获得模块8210、相邻子载波估计模块8220、系统噪声估计模块8230和信道估计模块8240。
参考符号调制模块8110用于发送端810对参考信号调制，按照一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例所述方法获得OFDM系统参考符号，其优点请参照一种OFDM系统参考符号编码的方法实施例。
参考向量获得模块8210用于接收端820根据接收的各子载波的参考符号的射频信号，获得各子载波的加噪参考符号，并转换为各子载波在调制空间的参考向量。其工作原理和优点请参照一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例的步骤S210。
相邻子载波估计模块8220用于接收端820在调制空间中根据两个相邻子载波的参考向量的位置通过几何的方法获得该两个相邻子载波的噪声功率和的下界。该几何的方法的一种具体的方式为：在调制空间中获得两个相邻子载波的参考向量的第二线段与第一线段的一半的差值的绝对值，作为该两个相邻子载波的噪声功率和的下界。其工作原理和优点请参照一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例的步骤S220。
系统噪声估计模块8230用于接收端820根据各对相邻子载波的噪声功率和的下界，估计OFDM系统的噪声功率。其工作原理和优点请参照一种OFDM系统噪声功率估计的方法实施例的步骤S230。
信道估计模块8240用于接收端820根据OFDM系统的噪声功率的估计值，对OFDM系统进行信道估计，其工作原理和优点请参照一种OFDM系统的信道估计方法实施例的步骤S350。
本发明还提供的一种计算设备，下面图9详细介绍。
该计算设备900包括，处理器910、存储器920、通信接口930、总线940。
应理解，该图所示的计算设备900中的通信接口930可以用于与其他设备之间进行通信。
其中，该处理器910可以与存储器920连接。该存储器920可以用于存储该程序代码和数据。因此，该存储器920可以是处理器910内部的存储单元，也可以是与处理器910独立的外部存储单元，还可以是包括处理器910内部的存储单元和与处理器910独立的外部存储单元的部件。
可选的，计算设备900还可以包括总线940。其中，存储器920、通信接口930可以通过总线940与处理器910连接。总线940可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(EFStended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。所述总线940可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，该图中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
应理解，在本发明实施例中，该处理器910可以采用中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)。该处理器还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(field programmable gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。或者该处理器910采用一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现本发明实施例所提供的技术方案。
该存储器920可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器910提供指令和数据。处理器910的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，处理器910还可以存储设备类型的信息。
在计算设备900运行时，所述处理器910执行所述存储器920中的计算机执行指令执行各方法实施例的操作步骤。
应理解，根据本发明实施例的计算设备900可以对应于执行根据本发明各实施例的方法中的相应主体，并且计算设备900中的各个模块的上述和其它操作和/或功能分别为了实现本实施例各方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。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或者该技术方案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一个存储介质中，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方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括，U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于执行各方法实施例的操作步骤。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括，具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括、但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本发明保护范畴。
Claims (10)
1.一种OFDM系统参考符号编码的方法，其特征在于，包括：在OFDM系统的发送端同一时间的相邻子载波的参考符号在调制空间中幅度相同角度相差
所述调制空间为数字调制的星座图空间。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述子载波的调制方式为QPSK。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，每个子载波的信号帧包括交叉分布所述参考符号与数据符号。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述子载波的调制方式为QPSK时，一个子载波的各所述参考符号按顺序时间循环采用QPSK的星座图中的点对应的调制符号。
5.一种OFDM系统噪声功率估计的方法，其特征在于，包括：
根据接收的各子载波的射频信号，获得所述各子载波的加噪参考符号，并转换为所述各子载波在调制空间的参考向量，一个子载波的所述加噪参考符号为发送端的该子载波的按照权利要求1至4任一所述方法获得的参考符号经过信道传输的结果；
在调制空间中获得两个相邻子载波的所述参考向量的第二线段与第一线段的一半的差值的绝对值，作为该两个相邻子载波的噪声功率和的下界，所述第一线段为连接该两个相邻子载波的所述参考向量的坐标点的线段，所述第二线段为连接调制空间的原点与所述第一线段的中点的线段；
根据各对相邻子载波的所述下界，获得所述OFDM系统的噪声功率的估计值。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述根据各对相邻子载波的所述下界，获得所述OFDM系统的噪声功率的估计值，具体包括：
对各对相邻子载波的所述下界求均值，把该均值的一半作为所述噪声功率的估计值。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，所述获得所述各子载波的加噪参考符号，具体包括：
对所述射频信号进行FFT变换和去除CP，获得所述加噪参考符号。
8.一种OFDM系统信道估计的方法，其特征在于，包括：
采用权利要求5至7任一所述方法获得OFDM系统的噪声功率的估计值；
根据所述噪声功率的估计值对所述OFDM系统进行信道估计。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述根据所述噪声功率的估计值对所述OFDM系统进行信道估计，具体包括：
把所述噪声功率的估计值作为LMMSE算法的输入，对所述OFDM系统进行信道估计。
10.一种OFDM系统，其特征在于，包括：发送端和接收端；
所述发送端按照权利要求1至4任一所述方法，获得OFDM系统的参考符号；
所述发送端采用权利要求8或9所述方法，对OFDM系统进行信道估计。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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