CN202721697U - 一种无偏估计装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无偏估计装置，其包括：通道估计装置，用以对接收信号进行通道估计，以产生一通道估计结果；插值器，对通道估计结果进行插值；相关器，对通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性进行计算；滑动平均器，对计算出的通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性在频率进行滑动平均；IIR滤波器，在时域通过IIR滤波；以及解调器，接收杂讯功率和相关性传输以进行解调。

Description

一种无偏估计装置

技术领域

本实用新型涉及通信装置的杂讯估计领域，特别是涉及用于LTE（Long Term Evolution，长期演进）通信装置的的无偏信号功率、杂讯功率及其相关性估计。

背景技术

由于通信系统(Communication System)的快速发展，例如手持式电话机系统，LTE成为目前在市场上备受瞩目的新一代通信标准。现有技术利用接收信号和发射信号对杂讯进行估计，对估计出的杂讯功率进行储存、开销大、且设计复杂难度高。

因此，本实用新型提供一种无偏估计装置，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种无偏估计装置，能够使得设计复杂度降低，并且对相关性进行无偏估计的设计

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种无偏估计装置，其包括：通道估计装置，用以对接收信号进行通道估计，以产生一通道估计结果；插值器，对通道估计结果进行插值；相关器，对通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性进行计算；滑动平均器，对计算出的通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性在频率进行滑动平均；IIR滤波器，在时域通过IIR滤波；以及解调器，接收杂讯功率和相关性传输以进行解调。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型通过。

附图说明

为了更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的附图，然而附图仅提供参考与说明，并非用来对本实用新型加以限制。

图1是根据本实用新型第一实施例的无偏估计装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型第一实施例的无偏估计方法流程图；

图3是利用本实用新型的无偏估计所估计出的杂讯矩阵进行IRC-MMSE后的解调性能和仅利用杂讯矩阵对角线上的元素进行MRC后的解调性能比较。

具体实施方式

请参见图1，图1是根据本实用新型第一实施例的无偏估计系统的结构示意图。如图2所示，LTE通信信号通过发射天线102发射，然后通过通道110传输，接收端通过接收天线104、106接收LTE通信信号。无偏估计装置100包含通道估计装置120、插值器130、相关器140、滑动平均器150、IIR滤波器160、以及解调器170。利用RS子载波得到的在接收天线104、106上的LS通道估计的值为：

其中i表接收天线i，

表示第i根接收天线的理想通道估计值，vⁱ表示第i根接收天线上的干扰加杂讯值，利用第一种滤波器w对LS通道估计进行滤波有：

$Y_w^i\left(k\right)={\mathrm{wH}}_{\mathrm{LS}}^i=w(H_{\mathrm{ideal}}^i+v^i)---\left(1\right)$

其中，k表示频域上第k个子载波，利用第二种滤波器u对LS通道估计进行滤波有：

$Y_u^i\left(k\right)={\mathrm{uH}}_{\mathrm{LS}}^i=u(H_{\mathrm{ideal}}^i+v^i)---\left(2\right)$

其中，u和w为线性无关。

首先得到第i根接收天线上的干扰加杂讯的功率，根据式（1）得：

$S_w^i=E_k(Y_w^i\left(k\right)\·Y_w^i{\left(k\right)}^{*})=\mathrm{wE}\left[(H_{\mathrm{ideal}}^i+v^i){(H_{\mathrm{ideal}}^i+v^i)}^H\right]w^H---\left(3\right)$

$=w({\mathrm{\α}}_i^2{R}_{\mathrm{HH}}+{\mathrm{\σ}}_i^{2}I)w^H={\mathrm{\α}}_i^{2}w{R}_{\mathrm{HH}}{w}^H+{\mathrm{\σ}}_i^2{\mathrm{ww}}^H$

其中，E_k(·)表示在频域上求平均，(·)^H表示共轭转置，I是单位阵，同样，根据式（2）有：

$S_u^i=E_k(Y_u^i\left(k\right)\·Y_u^i{\left(k\right)}^{*})=\mathrm{uE}\left[(H_{\mathrm{ideal}}^i+v^i){(H_{\mathrm{ideal}}^i+v^i)}^H\right]u^H---\left(4\right)$

$=u({\mathrm{\α}}_i^2{R}_{\mathrm{HH}}+{\mathrm{\σ}}_i^{2}I)u^H={\mathrm{\α}}_i^{2}u{R}_{\mathrm{HH}}{u}^H+{\mathrm{\σ}}_i^2{\mathrm{uu}}^H$

根据（3）和（4）联立方程组可以获得：

$\left(\begin{array}{c}{S}_w^i\\ S_u^i\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{wR}}_{\mathrm{HH}}{w}^H& {\mathrm{ww}}^H\\ {\mathrm{uR}}_{\mathrm{HH}}{u}^H& {\mathrm{uu}}^H\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_i^2\\ {\mathrm{\σ}}_i^2\end{array}\right)---\left(5\right)$

上式中，w,u分别是两种线性无关的滤波器系数形成的行向量，R_HH是频域通道估计在各子载波上的相关性矩阵，

是第i根接收天线上的信号功率，

是第i根接收天线上的杂讯加干扰的总功率。则最终可以获得：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_i^2\\ {\mathrm{\σ}}_i^2\end{array}\right)={\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{wR}}_{\mathrm{HH}}{w}^H& {\mathrm{ww}}^H\\ {\mathrm{uR}}_{\mathrm{HH}}{u}^H& {\mathrm{uu}}^H\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{S}_w^i\\ S_u^i\end{array}\right)---\left(6\right)$

接着，求出第i根接收天线和第j根接收天线之间杂讯加干扰的相关值，为此，将第i根接收天线和第j根接收天线之间的

和

以及

和

分别进行共轭相乘有：

$P_w^{\mathrm{ij}}=E_k\left(Y_w^i\left(k\right)Y_w^j{\left(k\right)}^{*}\right)=\mathrm{wE}\left[(H_{\mathrm{ideal}}^i+v^i){(H_{\mathrm{ideal}}^j+v^j)}^H\right]w^H---\left(7\right)$

$=w({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{R}_{\mathrm{HH}}+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ij}}I)w^H={\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}w{R}_{\mathrm{HH}}{w}^H+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{ww}}^H$

$P_u^{\mathrm{ij}}=E_k\left(Y_u^i\left(k\right)Y_u^j{\left(k\right)}^{*}\right)=\mathrm{uE}\left[(H_{\mathrm{ideal}}^i+v^i){(H_{\mathrm{ideal}}^j+v^j)}^H\right]u^H---\left(8\right)$

$=u({\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}{R}_{\mathrm{HH}}+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ij}}I)u^H={\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}u{R}_{\mathrm{HH}}{u}^H+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{uu}}^H$

上式中β_ij和γ_ij分别是第i根接收天线和第j根接收天线之间通道和杂讯加干扰的相关性。将（7）和（8）联立方程组有：

$\left(\begin{array}{c}{P}_w^{\mathrm{ij}}\\ P_u^{\mathrm{ij}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{wR}}_{\mathrm{HH}}{w}^H& {\mathrm{ww}}^H\\ {\mathrm{uR}}_{\mathrm{HH}}{u}^H& {\mathrm{uu}}^H\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\\ {\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right)---\left(9\right)$

解方程式（9）可以获得：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{ij}}\\ {\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ij}}\end{array}\right)={\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{wR}}_{\mathrm{HH}}{w}^H& {\mathrm{ww}}^H\\ {\mathrm{uR}}_{\mathrm{HH}}{u}^H& {\mathrm{uu}}^H\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{P}_w^{\mathrm{ij}}\\ P_u^{\mathrm{ij}}\end{array}\right)---\left(10\right)$

解出

β_ij,γ_ij之后通过时频两域的平滑和滤波可以得到最终的信号功率，杂讯功率，通道与杂讯的相关性。举例而言，频域上可以选择滑动平均，时域上可以选择IIR滤波器进行平滑。

在等式(1)和等式(2)中，所求出的信号功率、杂讯功率、以及通道和杂讯的相关性，均是有偏的。为了得到无偏的信号功率、杂讯功率、以及通道和杂讯的相关性，对矩阵 $\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{wR}}_{\mathrm{HH}}{w}^H& {\mathrm{ww}}^H\\ {\mathrm{uR}}_{\mathrm{HH}}{u}^H& {\mathrm{uu}}^H\end{array}\right)$ 求逆，从而得到无偏矩阵 ${\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{wR}}_{\mathrm{HH}}{w}^H& {\mathrm{ww}}^H\\ {\mathrm{uR}}_{\mathrm{HH}}{u}^H& {\mathrm{uu}}^H\end{array}\right)}^{-1}.$ 等式(3)和等式(4)即是得到的无偏的通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性。

在选择w和u的时候，w可以选择通道估计时用于平滑LS通道估计时的滤波器，u可以选择(e-w)，其中e表示基向量[0,…,0,1,0,…,0]。可以获得：

$S_u^i=E_k(Y_u^i\left(k\right)\·Y_u^i{\left(k\right)}^{*})=(e-w)E\left[H_{\mathrm{LS}}^i{H_{\mathrm{LS}}^i}^H\right]{(e-w)}^H$

$=E[H_{\mathrm{LS}}^i{H_{\mathrm{LS}}^i}^H-w{H}_{\mathrm{LS}}^i{H_{\mathrm{LS}}^i}^H{w}^H]---\left(11\right)$

$=E[H_{\mathrm{LS}}^i{H_{\mathrm{LS}}^i}^H-Y_w^i{Y_w^i}^H]$

发射天线102发射信号通过通道110，接收天线102、104接收信号。接收信号进入无偏估计装置100进行无偏估计。无偏估计装置100包含通道估计装置120、插值器130、相关器140、滑动平均器150、IIR滤波器160、以及解调器170。通道估计装置120对接收到的参考信号进行通道估计，产生一通道估计结果，插值器130对参考信号的通道估计进行插值，并且相关器140对通道功率，杂讯功率以及通道和杂讯的相关性进行计算，滑动平均器150对计算出的通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性在频率进行滑动平均，然后IIR滤波器160在时域通过IIR滤波，最终算出的杂讯功率和相关性传输给解调器170。

请参见图2，图2是根据本实用新型第一实施例的无偏估计方法流程图。流程由步骤210开始。首先，步骤220计算无偏矩阵，即： ${\left(\begin{array}{cc}w{R}_{\mathrm{HH}}{w}^H& {\mathrm{ww}}^H\\ u{R}_{\mathrm{HH}}{u}^H& {\mathrm{uu}}^H\end{array}\right)}^{-1}$ 步骤230，利用通过插值滤波器的参考信号计算有偏的通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性，最后，步骤240，将有偏的通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性通过无偏矩阵，从而得到无偏的通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性。

本实施例降低硬体运算的复杂度，并没有涉及到大量的矩阵运算，只需计算一个二阶矩阵的逆矩阵，这在实现起来是比较容易的。本实施例计算出的杂讯功率及相关性可以应用于LTE系统中的解调器以及链路自我调整模组。

本实施例采用两个线性无关的滤波器对LS通道估计进行滤波后求均值，得到一个二元线性方程组，通过解该方程从而得到信号和杂讯资讯的无偏估计。

请参见图3。图3是利用本实用新型的无偏估计所估计出的杂讯矩阵进行IRC-MMSE后的解调性能和仅利用杂讯矩阵对角线上的元素进行MRC后的解调性能比较。本实施例利用低复杂度的硬体运算量可以获致更佳的效能。

综上所述，本实用新型提出一种无偏估计装置，其包括：通道估计装置，用以对接收信号进行通道估计，以产生一通道估计结果；插值器，对通道估计结果进行插值；相关器，对通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性进行计算；滑动平均器，对计算出的通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性在频率进行滑动平均；IIR滤波器，在时域通过IIR滤波；以及解调器，接收杂讯功率和相关性传输以进行解调。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种无偏估计装置，其特征在于，所述无偏估计装置包括：

通道估计装置，用以对接收信号进行通道估计，以产生一通道估计结果；

插值器，对所述通道估计结果进行插值；

相关器，对通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性进行计算；

滑动平均器，对计算出的所述通道功率、杂讯功率以及通道和杂讯的相关性在频率进行滑动平均；

IIR滤波器，在时域通过IIR滤波；以及

解调器，接收所述杂讯功率和相关性传输以进行解调。

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