CN1221147C - 蜂窝移动通信的sinr估计方法及其实现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蜂窝移动通信的SINR估计方法及其实现装置,业务信道帧结构的第一个子帧用于发送导频符号,其余的子帧用于发送业务信号,用于发送导频符号的子帧采用开关式的导频结构,在接收端通过该开关式导频结构完成对业务信道的信道估计;该方法能在多小区干扰存在的条件下,以及任意的信道衰落条件下,精确估计SINR值,实现简单,并能够应用到通信系统中的快速功率控制中。
Description
技术领域:
本发明涉及蜂窝移动通信系统,尤其涉及一种用于测量蜂窝移动通信系统中非恒包络调制信号的SINR估计方法以及实现该方法的装置。
背景技术:
在蜂窝移动通信系统中,为了进行准确而快速的功率控制,往往需要得到较精确的信号与干扰噪声比(Signal to interference & Noise Ratio,简称为SINR或SNR)统计值;而基于SINR估计的功率控制算法也是最有效的。对于蜂窝移动通信系统来说:所谓的干扰包括多址干扰(Multiple AccessInterference简称为MAI)和邻小区[c1]干扰(Adjacent Cell Interference,简称为ACI)。要想精确地获得多信号的参数,就必须进行多用户检测,而这大大地增加了系统的复杂度,而且也无法应用到快速功率控制算法之中。对于恒包络调制信号[c2],已经有相当一批SINR估计的方法产生。例如,在WCDMA中建议的一种SINR的测量方法是通过计算接收信号的方差来得到SINR的测量值(“Physical Layer Standard for WCDMA,3GPP TS25.211”);但是,对于非恒包络调制信号,目前尚未有相应的SINR估计方法。
发明内容:
为克服现有技术中存在的上述不足和缺陷,本发明的主要目的在于提供一种蜂窝移动通信的SINR估计方法,其针对非恒包络调制信号进行SINR估计,能在多小区干扰存在的条件下,以及任意的信道衰落条件下,精确估计SINR值。
本发明的另一目的在于提供一种蜂窝移动通信的SINR估计的实现装置,利用该装置在对非恒包络调制信号进行SINR估计时,不需要复杂的计算,其实现简单,并能够应用到通信系统中的快速功率控制中。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的:
一种蜂窝移动通信的SINR估计方法,将业务信道帧结构的第一个子帧用于发送导频符号,其余的子帧用于发送业务信号,用于发送导频符号的子帧采用开关式的导频结构,在接收端通过该开关式导频结构完成对业务信道的信道估计;
上面所述的开关式导频结构为:在子帧中的依次相邻的两个时隙中,一个时隙用来传送固定的导频符号,另一个时隙不传送任何信号,导频信道呈关闭状态;
接收端通过开关式导频结构完成对业务信道的信道估计至少包括如下步骤:
步骤1:接收端依次提取所述子帧内的相邻时隙中的导频符号,获得导频信号强度,计算该子帧内的导频符号能量平均值;
步骤2:计算该子帧内干扰噪声的平均能量值;
步骤3:计算该子帧内的导频符号的SINR估计值,即:导频信号的SINR统计值;
步骤4:根据当前业务信道多电平信号在星座图中的位置,由导频符号和业务符号之间的对应关系,以及步骤3中的导频信号的SINR统计值,获得业务信道的SINR估计值。
一种实现蜂窝移动通信的SINR估计方法的装置,它至少包括:
第一装置:用于根据开关式导频结构测量导频信号SINR估计值;
第二装置:其接收该第一装置的输出,并根据导频信号SINR估计值计算业务信道SINR估计值;
该第一装置至少包括:解调装置、串变并装置、加法器、第一计算装置、平方器、除法器、第二计算装置及对数计算单元;
其中,解调装置将导频接收信号进行解调并输出到串变并装置,该串变并装置的输出分两路:
第一路连接到加法器,该加法器提取导频信号强度并输出到第一计算装置进行累加求平均值,第一计算装置输出该平均值到平方器,在该平方器中计算导频信号能量值,然后将该能量值输出到除法器中;
第二路连接到第二计算装置,该第二计算装置计算噪声和干扰的功率统计平均值,并将该平均值也输出至除法器中;
最后,除法器将其运算结果输出到对数计算单元,由该对数计算单元转换成导频SINR估计值;
该第二装置至少包括:业务符号接收机解调装置、计算单元、对数计算单元、计算装置及加法器;
其中,业务符号接收机解调装置将业务接收信号进行解调并输出到计算单元,该计算单元根据解调符号星座图能量级别确定与导频符号之间的比率因子并将该因子输出到对数计算单元,对数计算单元累加一帧内所有的比率因子,并输出到计算装置中计算平均值,该平均值连同计算出的导频SINR估计值一起送入加法器,该加法器计算业务符号的SINR估计值。
以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细描述。
附图说明:
图1为蜂窝移动通信系统的基本框图;
图2为本发明一实施例的一种帧结构示意图;
图3为本发明开关式导频子帧结构结构示意图;
图4为本发明一较佳实施例中所用的16QAM星座图;
图5为本发明的SINR估计装置原理框图;
图6为矩形16QAM星座Q函数的图形显示;
图7为本发明的归一化方差统计图。
具体实施方式:
参见图1,其为现有技术中蜂窝移动通信系统的实现框图。在移动通信系统环境下,从通信系统的发射机发送的信号,经过多径衰落信道送至通信系统的接收机时,会受到多址干扰MAI和邻小区干扰ACI,同时,背景噪声也是不可避免的。其中,多径衰落信道的冲激响应可以通过如下的公式(1)进行量化描述:
其中,αk,θk,τk分别为每一径信道的衰落因子、相位偏移和时延展宽;L为信道多径重数。
在系统发送导频符号时,图1中接收机前端在采样时刻1的信号为:r1=Sp1+I1+n1;其中,r1、Sp1、I1、n1分别为1时刻的接收信号采样值、导频信号采样值、干扰采样值和背景噪声的采样值;而发送业务信号时,采样时刻1的信号表达式为:r1=St1+I1+n1;其中,r1、I1、n1的定义与导频时的相同,而St1则表示1时刻的业务信号的采样值。
本发明只采用导频符号作SINR估计,并且间接得到业务信道的SINR估计值。本发明的一较佳实施例中,将子帧的长度定为20ms,由于一个子帧的长度在20ms左右,因此一般可以认为信道在一个子帧的长度其衰落特性是几乎不变的,即信道的参数在这段时间内保持不变。因此,可以利用这种短时不变性,来提取实际的导频符号强度并对噪声和干扰作出统计。
参见图2,其为依本发明的方法设计的通信系统业务信道的一种帧结构。在每一帧中,设有若干个子帧,其中第一个子帧用于发送导频符号,其他的子帧用于发送业务信号。其中,在用于发送导频符号子帧的长度为2L,其中L为非零导频符号的个数,具体数值由导频帧结构决定,即一个SINR估计周期TSINR为2L倍的导频符号时间。
参见图3,本发明的开关式导频结构是在奇数位上时隙中传送固定的导频符号,该导频符号的能量是已知的,在偶数位上时隙中不发任何信号,导频信道呈关闭状态。因此,在接收机端可以通过该相邻的两个时隙来提取导频符号强度,即:将奇数位的检测符号减去偶数位的空符号。这样处理的另一个好处是:将噪声和干扰作了零均值处理,使信号强度的估计更加精确。
在一个SINR估计周期内,总共可以提取L个导频符号,为了尽可能消除或减小噪声和干扰对信号强度估计的影响,需要对L个导频符号作平均处理。由于导频处于关闭状态时,接收机端的接收信号只包含噪声和干扰,这样就可以利用这部分空闲状态来估计噪声和干扰的强度。这样就可以具体通过如下的公式(2)获得在一个
SINR估计周期内的平均导频SINR值
参见图4,按照星座图中每一个信号的强度,可以将信号划分成三个不同的等级,即在本发明一较佳实施例中的16QAM调制星座图中,图形○,图形×,和图形△分别以表示三个不同等级的能量符号,且每一等级信号的强度与导频符号强度的比率ηi也是固定的。因此,就可以根据调制出来的业务符号和已知的导频
来推算每一个业务符号的SINR估计值。
其中,N为业务符号的长度。
参见图5,其为实现本发明方法的一种SINR估计的装置。在接收端,对接收的导频信号,解调装置501将其解调,然后输出至一串变并装置502中,串变并装置502对该信号进一步处理后,其输出经减法器503提取相邻时隙中的导频符号的信号强度,在第一计算装置504中对该信号强度进行累加求平均,并在平方器505中计算平均导频信号强度,之后将该值输入到除法器506中;同时,从上述的串变并装置502中的输出信号还被输入到第二计算装置507中,由该第二计算装置507估计噪声和干扰的强度,并计算平均值,之后,第二计算装置507的输出结果也送入除法器506中,除法器506以及串接在其后的对数计算单元508对进入除法器的两路信号进行计算,得到计算导频SINR的估计值。业务接收信号在业务符号接收机解调装置513中解调,并输出至计算单元512,该计算单元512根据业务解调符号星座图能量级别,确定导频信号和解调业务信号之间的比率因子,然后,在对数计算单元511进行计算,再由对数计算单元511输出到计算装置510中进行累加求平均,其结果连同计算器508输出的导频SINR估计值一起,输入到加法器509中,最后得出业务符号的SINR估计值。
参见图6其为矩形16QAM星座图,将星座按照强度划分成3个等级,业务符号的SINR估计精度在很大程度上取决于业务符号的差错概率性能,下面将详细分析一下符号差错概率对SINR估计精度的影响。
由星座图可以计算得到如下公式:
其中,Pe(1→2),Pe(1→3),Pe(2→3),Pe(2→1),Pe(3→1),Pe(3→2),分别为级别1错成级别2、级别1错成级别3、级别2错成级别3、级别2错成级别1、级别3错成级别1、级别3错成级别2的概率,D为16QAM星座图中的最大幅度,I0是干扰和噪声的功率谱密度,Q(x)为Q函数 因此,业务符号级别估计的差错概率的一致界为:
其中,Pi为三个级别信号的先验概率。
假设P1=P3=1/4,P2=1/2,则一致界为:
而级别为1的信号的差错概率为:
级别为2的信号的差错概率为:
级别为3的信号的差钷概率为:
这样总的符号差错概率其一致界为:
电平判决差错概率与符号差错概率的比值为:
参见图6,对于Q(x)函数来说,其自变量x越大,函数值Q(x)就越小,而且减小的速度随着自变量x的增大越来越快。如果x比较大,那么就有:
成立,其中,α>1
因此,公式(16)中
占主导地位,据此可以知道λ<1。
当系统性能确定的后,假设要求业务信道的比特差错概率BER≤10-3,令P=BER,那么对于较小的P值,业务符号的差错概率可由如下公式计算:
因此,电平判决的差错概率要小于4P。由此证明了在较好的性能保障的下,这种SINR的估计为一种有效的方法。
参见图7,其表示在120公里/小时车速环境下,根据本发明得出的导频和业务符号的SINR估计归一化方差。由图7可以看出:导频符号的估计精度好于业务符号的估计精度,这与上面所述的业务符号估计差错概率分析是一致的。从统计值来看,归一化方差为10-3-10-2量级,这样的估计精度比较高。
Claims (2)
1、一种蜂窝移动通信的SINR估计方法,将业务信道帧结构的第一个子帧用于发送导频符号,其余的子帧用于发送业务信号,其特征在于:用于发送导频符号的子帧采用开关式的导频结构,在接收端通过该开关式导频结构完成对业务信道的信道估计;其中,
所述开关式导频结构为:在子帧中的依次相邻的两个时隙中,一个时隙用来传送固定的导频符号,另一个时隙不传送任何信号,导频信道呈关闭状态;
在接收端通过开关式导频结构完成对业务信道的信道估计至少包括如下步骤:
步骤1:接收端依次提取所述子帧内的相邻时隙中的导频符号,获得导频信号强度,计算该子帧内的导频符号能量平均值;
步骤2:计算该子帧内干扰噪声的平均能量值;
步骤3:计算该子帧内的导频符号的SINR估计值,即:导频信号的SINR统计值;
步骤4:根据当前业务信道多电平信号在星座图中的位置,由导频符号和业务符号之间的对应关系,以及步骤3中的导频信号的SINR统计值,获得业务信道的SINR估计值。
2、一种实现蜂窝移动通信的SINR估计方法的装置,其特征在于:它至少包括:
第一装置:用于根据开关式导频结构测量导频信号SINR估计值;
第二装置:其接收该第一装置的输出,并根据导频信号SINR估计值计算业务信道SINR估计值;
该第一装置至少包括:解调装置、串变并装置、加法器、第一计算装置、平方器、除法器、第二计算装置及对数计算单元;
其中,解调装置将导频接收信号进行解调并输出到串变并装置,该串变并装置的输出分两路:
第一路连接到加法器,该加法器提取导频信号强度并输出到第一计算装置进行累加求平均值,第一计算装置输出该平均值到平方器,在该平方器中计算导频信号能量值,然后将该能量值输出到除法器中;
第二路连接到第二计算装置,该第二计算装置计算噪声和干扰的功率统计平均值,并将该平均值也输出至除法器中;
最后,除法器将其运算结果输出到对数计算单元,由该对数计算单元转换成导频SINR估计值;
该第二装置至少包括:业务符号接收机解调装置、计算单元、对数计算单元、计算装置及加法器;
其中,业务符号接收机解调装置将业务接收信号进行解调并输出到计算单元,该计算单元根据解调符号星座图能量级别确定与导频符号之间的比率因子并将该因子输出到对数计算单元,对数计算单元累加一帧内所有的比率因子,并输出到计算装置中计算平均值,该平均值连同计算出的导频SINR估计值一起送入加法器,该加法器计算业务符号的SINR估计值。
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