CN1288854C - 一种用于无线通信系统的去噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无线通信系统中可提高信道估计精度的去噪方法。本方法主要是通过多径选择步骤，其用于对信道中的信号做初步选择，对信道中的多径进行多径选择，门限设定步骤，其利用信道冲激响应中的信噪比的关系计算出噪声门限值，噪声消除步骤，其通过所述多径选择步骤中的多径信号与所述门限设定步骤中的噪声门限值比较，将信号中的噪声去除。本发明的去噪方法大大提高了信道估计的准确度，有效地去除噪声，从而提高了整个通信系统的性能。

Description

一种用于无线通信系统的去噪方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统领域，特别是在无线通信系统中联合检测接收机中可提高信道估计精度的去噪方法。

背景技术

随着计算机和通信技术的发展，越来越多的用户提出了对高速数据通信服务的迫切需求，传统的模拟无线通信一般采用调频和调幅两种方式，不能适应高速数据通信的要求，进入20世纪80年代后，数字无线数据通信方式成为主流，其优势是采用先进的数字信号处理技术，但是这些系统存在一些缺陷，由于无线通信系统的信道开放性，通信环境不可避免地存在各种各样地突发干扰，使得信号传输的可靠性降低。目前，国际电联(ITU)通过了多个有关3G的移动通信标准。其中，时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统是由中国无线通信标准化组织(CWTS)提出并得到国际电联通过的第三代无线通信标准。TD-SCDMA是时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)两种基本传输模式的灵活结合。在第三代合作伙伴计划(3GPP)中，TD-SCDMA也被称为低码片速率时分双工方式(TDD-LCR)。TD-SCDMA采用短时突发脉冲通信，在一个突发脉冲周期中，无线信道可以认为是时不变信道，基于这一假设，TD-SCDMA系统采用了在突发脉冲中部插入训练序列的方式，实现信道估计。由于在接收端存在噪声干扰，因此估计出的信道中含有较多的噪声分量，这些噪声分量会导致信道均衡出现较大的误差，使解调后的用户数据中含有较大的噪声。如何提到数据传输的可靠性，减少估计出的信道中干扰噪声的影响成为至关重要的问题。

图1为一个简单的无线移动通信系统的模型示意图，在大部分的移动通讯系统中，基带处理通常为数字处理。由于脉冲成型滤波器在移动通信系统中的大量使用，基带信号的采样率通常为码片速率，称为单倍速采样。在图1模型中的信号均为单倍速采样的数字信号。若将实际的数字信道冲激响应窗定义为：

h＝[h₀，h₁，…h_k，…h_w-1]               (1)

公式中：h为复信道冲激响应窗；h_k为复信道冲激响应窗中的第k个采样点的值；W为信道冲激响应窗的窗长。其中，在接收端进行信道估计，获得准确的信道冲激响应，恢复原始数据。由于大部分的信道估计算法为线性算法或者近似线性算法，考虑到噪声的干扰，估计出的数字信道冲激响应窗可以表示为：

$\hat{h}=[{\hat{h}}_0,{\hat{h}}_1,\·\·\·{\hat{h}}_k,\·\·\·{\hat{h}}_{w-1}]=h+n$

$=[h_0,h_1,\·\·\·h_k,\·\·\·h_{w-1}]+[n_0,n_1,\·\·\·n_k,\·\·\·n_{w-1}]---\left(2\right)$

公式中：

为估计的复信道冲激响应窗；

为估计的复信道冲激响应窗中的第k个采样点的值；h为实际的复信道冲激响应窗；h_k为实际的复信道冲激响应窗中的第k个采样点的值；W为信道冲激响应窗的窗长；n为加性噪声；n_k为叠加在复信道冲激响应窗中的第k个采样点上的噪声值。

在图(1)中，每个延迟径上的信道增益是不相同的，在通常的无线信道中，功率较大的前4～6个径包含了到达信号的大部分能量。在信道环境较为良好时，功率较大的前3个径就包含了到达信号的大部分能量。也就是说，信号的能量集中于有限的几个延迟径上，而噪声能量的分布较为平均，这就是信道能量在估计的信道冲激响应中分布的特点。

从公式(2)中可见，在接收端估计出的信道冲激响应是实际的复信道冲激响应窗与加性噪声的叠加。为了去除加性噪声的干扰，现有的去噪算法均采用了门限判别的方法。门限判别的方法实现简便，但是门限的选择对算法的实际性能影响较大，而且单纯的门限判决的准确率有限。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点，本发明的一个目的是提出了一种新的在无线通信系统中用于提高信道估计精度的去噪方法。本方法是利用信号和噪声能量在信道冲激响应窗中分布特点的不同而提出的，大大提高了信道估计的准确度，有效的去除了估计信道的噪声，从而提高了整个通信系统的性能。

本发明提出的一种在无线通信系统中用于提高信道估计精度的去噪方法，其具体包括如下步骤：

多径选择步骤，其用于对信道中的信号做初步选择，对信道中的多径进行多径选择。

所述多径选择步骤包括：首先，通过根据信道能量在估计的信道冲激响应中分布的特点，对信道冲激响应窗中的多径进行选择，选择出功率较大的L条多径(L＜N，N为信道冲激响应窗中可选择的最大多径数，选择4～6较为适宜)；然后，记录所选的信号功率并将所记录的信号功率求和得到总功率(P)；最后，将所选取的多径结果和所记录多径的数目(L)以及信号总功率(P)输出。

由于选择多径的方法很多，这里给出一种优选的选择多径的方法，其具体步骤如下：第一步，在估计的信道冲激响应中，选择功率最大的一径，记为信号功率；第二步，选择功率较大的第i径(i＝2，3，4，……n的自然数)，当此径功率小于信号功率的q(用户可以根据具体情况而设定此q值，通过大量仿真，选取q为2^-i较为适宜)，停止选择，跳到第三步；否则选择此径，并将此径功率加入信号功率中，重复第二步，直到i等于预先设置的最大多径数N时，停止选择；第三步，记录实际选择的多径数目L和所选的多径信号的总功率P，并将选取的多径信号输入噪声消除器将多径的数目和信号的总功率输入噪声门限设定器。

门限设定步骤，其利用信道冲激响应窗中的信噪比的关系计算出噪声门限值。

所述的门限设定步骤中噪声门限值的计算方法是，根据在所述多径选择步骤中所输入的多径信号的多径数目和总功率以及估计信道中的信噪比关系求出噪声门限值，并将噪声门限值输入噪声消除步骤中。优选的具体步骤是：

第一步，在步骤一中求出的实际选择的信号多径数目L和所选的多径信号的总功率P；

第二步，根据信道估计模块输入的估计信道窗总功率S，估计信道的窗长M和多径选择器中输入多径信号总功率P的值和实际信道窗L，利用公式Z＝(S-P)/(M-L)，求出码片级的噪声功率Z；

第三步，利用信道冲激窗中的信噪比关系，根据公式T＝f·Z，可以求出噪声门限，其中T为噪声门限值，f为噪声门限增益因子(根据信道冲激响应窗中的信噪比通常大于1的关系，通过大量仿真，选取f＝4较为合适)，Z为噪声功率。

噪声消除步骤，其通过所述多径选择步骤中的多径信号的功率与所述门限定步骤中的噪声门限值比较，将信号中的噪声去除。

其具体噪声消除的方法是根据所述多径选择步骤中选取的多径信号的功率与所述门限设定步骤中输入的噪声门限值逐一进行比较，将功率超过门限值的多径保留，低于门限值的多径消除。

在所述的多径选择步骤中，根据信道能量的分布特性对信道冲激响应进行了初步的选择。根据前面估计出来的信号功率，以及信道冲激响应窗中的信噪比关系，所述的门限设定步骤和噪声消除步骤中对初步选择的信号进行二次选择并对其进行了噪声消除，这样可以进一步提高信道的估计精度。

本发明的另一目的是提供一种用于本发明的一种无线通信系统去噪方法的装置，包括一多径选择器，一噪声门限设定器和一噪声消除器。其中，所述的多径选择器，其根据信道能量在估计的信道冲激响应中分布的特点，将从信道估计模块输入的估计信道冲激响应窗中的多径进行筛选，同时记录实际选择的多径数目L和所选多径的信号的总功率P，并将选取的多径结果输入噪声消除器，将所选多径信号的数目L和信号总功率P输入噪声门限设定器；所述的噪声门限设定器，其根据从信道估计模块输入的估计信道冲激响应的信号和所选多径的信号的总功率，通过信噪比的关系求出噪声门限值；所述的噪声消除器，其将多径选择器选取的多径的功率值和噪声门限定器输入的估计的噪声门限值逐一比较将超过门限值的多径保留，低于门限值的多径去除，并将除去噪声的信号输出。

附图说明

图1是无线移动通信系统模型示意图；

图2是本发明在联合检测接收机中所处位置的示意图；

图3是本发明去噪方法示意图；

图4是发明去噪装置示意图。

具体实施方式

本发明以TD-SCDMA中联合接收机为例，结合附图详细说明本发明的去噪方法。

如图2所示为本发明的去噪装置在TD-SCDMA中联合接收机中的位置示意图，虚线中的去噪处理模块是本发明装置的位置，从信道估计模块中输出的含有噪声的信道冲激响应通过本发明的装置后将去除噪声的信号冲激响应输出。

如图3、4所示的本发明的去噪方法和该方法的装置示意图，当含有噪声的信道冲激响应分别输入多径选择器和噪声门限设定器，多径选择器其根据信道能量在估计的信道冲激响应中分布的特点，将输入的信道冲激响应窗中的多径进行筛选，将选择出功率较大的L条多径，(L小于最大的多径数N，N可自行设置，在通常的无线信道中，功率较大的前4～6径包含了到达信号的大部分能量，因此N选择4～6较为适宜)。其中，具体的选择多径的方法是首先，在估计的信道冲激响应中，选择功率最大的一径，记为信号功率；然后，选择功率较大的第i径(i＝2，3，4，……n的自然数)，当此径功率小于信号功率的q(用户可以根据具体情况而设定此q值，通过大量仿真，选取q为2^-i较为适宜)，停止选择；否则选择此径，并将此径功率加入信号功率中，再次选择，直到i等于预先设置的最大多径数N时，停止选择；由于功率较大的前4～6径包含了到达信号的大部分能量，因此N选择4～6较为适宜，这里如果N＝4，那么，当选择的多径的数等于4就可以停止选择；最后记录实际选择的多径数目L和总信号功率P，多径选择器将实际选择的多径信号输入噪声消除器，将多径数目L和多径信号总功率P输入到噪声门限设定器。由于信道通过信道估计模块输出的信道冲激响应已经得到了估计信道的窗长M和估计信道窗总功率S，根据估计的数字信道冲激响应窗的公式可以得知总的加性噪声n，噪声门限设定器根据多径选择器输入的总信号功率P和多径数目L，以及噪声功率的定义，即单位窗内的噪声，得到噪声功率Z值，即Z＝(S-P)/(M-L)。根据门限增益因子f和噪声功率值Z值得到噪声门限T，即T＝f·Z。噪声消除器根据输入的选取的多径和噪声门限器输入的噪声门限值对多径逐一进行筛选，凡是低于噪声门限值的就视其为噪声进行消除，最后将经过噪声筛选过的信号输出。

通过使用本发明去除噪声的方法大大提高了通信系统中数据传输的可靠性，由于本发明的方法是利用信号和噪声能量在信道冲激响应窗中分布特点经过初步筛选和二次筛选，然后再去除噪声，从而可以使信道估计精度得到很大的提高，同时在很大程度上使得信道估计的准确度也大大的提高，有效的去除了估计信道的噪声，使得整个通信系统的性能有了显著的改善。

本发明上述的实施例仅为了进一步对本发明进行说明并非用以限定本发明，本发明除了可以用于TD-SCDMA中还可以用于其他的通信系统中，凡是本领域的技术人员在本发明的权利要求保护所涵盖的精神下所做的任何修改和变化均属本发明所保护的范围。

Claims (5)

1.一种用于无线通信系统的去噪方法，其特征在于包括如下步骤：

多径选择步骤，其用于对信道中的信号做初步选择，对信道中的多径进行多径选择；

门限设定步骤，其利用信道冲激响应中的信噪比的关系计算出噪声门限值；

噪声消除步骤，其通过所述多径选择步骤中的多径信号的功率与所述门限设定步骤中的噪声门限值比较，将信号中的噪声去除；

其中所述的多径选择的方法是：

第一步，在估计的信道冲激响应中，选择功率最大的一径，记为信号功率；

第二步，当第i径为功率较小径时，停止选择，跳到第三步，其中i＝2，3，4，……n的自然数；

当第i径为功率较大径时，选择此径，并将此径功率加入信号功率中，不断的对i径进行选择，直到i等于预先设置的最大多径数N时，停止选择，其中i＝2，3，4，……n的自然数；

第三步，记录实际选择的多径数目和信号功率。

2.如权利要求1所述的一种用于无线通信系统的去噪方法，其特征在于所述的多径选择步骤包括：

首先，通过根据信道能量在估计的信道冲激响应中分布的特点，对信道冲激响应窗中的多径进行选择，选择出功率较大的L条多径，其中L小于信道冲激响应中可以选择的最大多径数；

然后，记录出所选的每个多径的信号功率并将所记录的每个多径的信号功率求和得到总功率P；最后，

将所选取的多径结果和所记录多径的数目和信号总功率输出。

3.如权利要求2所述的一种用于无线通信系统的去噪方法，其特征在于所述的功率较大径是满足多径的功率Pi≥2^-i*信号功率的径。

4.如权利要求2所述的一种用于无线通信系统的去噪方法，其特征在于所述的功率较小径是满足多径功率Pi＜2^-i*信号功率的径。

5.如权利要求1或2所述的一种用于无线通信系统的去噪方法，其特征在于所述的门限设定步骤中噪声门限值的计算方法是，通过噪声门限设定器利用在所述多径选择步骤中所输入的信号的总功率以及信道冲激响应中的信噪比的关系求出噪声门限值，并将噪声门限值输入噪声消除器，其具体包括以下步骤：

根据信道估计模块输入的估计信道窗总功率S，估计信道的窗长M和所述多径选择步骤中输入的多径信号的总功率P的值和实际选择的信号多径数目L，根据公式Z＝(S-P)/(M-L)，求出噪声功率Z；

根据公式T＝f·Z，求出噪声门限，其中T为噪声门限值，f为噪声门限增益因子，Z为噪声功率。

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