一種噪聲估計的方法和裝置製造方法

2023-10-08 07:33:14

一種噪聲估計的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種噪聲估計的方法和裝置，該方法包括：對待檢測的信號做延遲處理；將所述信號與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲；計算噪聲的功率。本發明考慮了相位誤差對噪聲估計的影響，對待檢測的信號進行延遲後，與原信號進行差分運算，從而巧妙地消除了信號對噪聲估計的幹擾，使得噪聲估計更加準確。
【專利說明】一種噪聲估計的方法和裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及通信領域，尤其涉及到接收機中噪聲估計方法。

【背景技術】
[0002] 在現代通信系統（如WCDMA)中，接收機通常會估計接收信號質量，反饋給發射機， 用於調整發射數據的速率，以達到最優的數據速率。此外，估計接收信號質量也能用於重傳 信號的合併，以改善接收機性能。接收信號的信噪比（signal-to-noise ratio,簡稱SNR) 是評價接收信號質量的主要指標。因此，魯棒的信噪比估計對通信系統非常關鍵。
[0003] 通信系統中，通常都有導頻信道，如WCDMA中的CPICH信道。導頻信道傳輸的是發 射機和接收機都確知的數據內容，便於計算導頻信號功率和噪聲功率。因此在接收機中常 利用導頻信道，進行信噪比的估計。
[0004] 圖1顯示為HSPA+的接收機框圖。接收機的輸入信號，經過信道估計、時延調整、 接收機模塊處理後，得到解擴的導頻符號和解擴的數據符號。對解擴的導頻符號進行測量， 得到SNR。再根據SNR得到信道質量指示（channel quality indicator,簡稱CQI)。解擴 的數據符號進行解映射，再結合SNR進行最大比合併後，送到數據解碼模塊，得到傳輸塊和 是否正確接收指示（ACK/NACK)。
[0005] 申請號為US8107393B2的美國專利提出了一種WCDMA系統中SNR估計的方法，邏 輯框圖如圖2所示。其中，噪聲的估計是基於解擴CPICH符號沒有相位誤差的假設。當信 道估計中的濾波器延時與時延調整裡的延時匹配時，這個假設是合理的。在接收機中，信道 估計模塊採用了指數平均的IIR濾波器結構，濾波器的群延時是都卜勒頻偏的函數。接收 機信號在滿足標準定義的時延要求下，不能在各種場景下保證延時匹配。在信道估計與輸 入到接收機信號之間的時延偏差，會造成接收機輸出的解擴符號上產生相位誤差。這個相 位誤差是接收信號的殘留頻率偏差的函數，殘留頻率偏差是閉環頻率糾正的產物。如果信 道估計與數據延時的失配較大，即使很小的殘留頻偏也會導致解擴後的導頻符號產生明 顯的相位誤差，最終導致SNR估計有明顯偏差。
[0006] SNR的計算公式如公式（1):
[0007] SNR = 101og10(cos2 Θ · SNR_1 inear/ (sin2 θ · SNR_linear+l)) 公式（1)
[0008] 其中：
[0009] SNR_1 inear為理論的SNR線性值；
[0010] 相位誤差 θ = 2·· π · Af· At;
[0011] 失配延時At =信道估計的濾波器群延時-時延調整的延時。
[0012] 由公式⑴可見，分母的偏差是SNR和Θ的函數，SNR越大，估計的誤差越大。在 有大延時失配和高SNR下，SNR估計有明顯偏差。SNR估計受相位誤差影響非常大。


【發明內容】

[0013] 有鑑於此，本發明的一個目的是提供一種噪聲估計的方法和裝置，克服相位偏移 帶來的噪聲估計誤差。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡 單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施 例的保護範圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現一些概念，以此作為後面的詳細說明的序 言。
[0014] 在本發明一實施例中，提供了一種噪聲估計的方法，包括：
[0015] 對待檢測的信號做延遲處理；
[0016] 將所述信號與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲；
[0017] 計算噪聲的功率。
[0018] 較佳地，所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
[0019] 較佳地，通過對噪聲取模後做平方運算，然後乘以加權因子，以計算出噪聲的功 率；所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
[0020] 較佳地，所述加權因子取值為〇· 5。
[0021] 較佳地，還包括：對計算出的噪聲功率做濾波處理。
[0022] 在本發明又一實施例中，還提供了另一種噪聲估計方法，包括：
[0023] 對待檢測的信號進行解復用，分離出信號的實部或虛部；
[0024] 對所述分離出來的實部或虛部做延遲處理；
[0025] 將所述實部或虛部與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲的實部或虛部；
[0026] 計算噪聲的功率。
[0027] 較佳地，所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
[0028] 較佳地，通過對噪聲的實部或虛部取模後做平方運算，然後乘以加權因子，以計算 出噪聲的功率；所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
[0029] 較佳地，所述加權因子取值為1。
[0030] 較佳地，還包括：對計算出的噪聲的功率做濾波處理。
[0031] 在又一實施例中，還提供了一種噪聲估計的裝置，包括依次相連的：
[0032] 延遲處理模塊，用於對待檢測的信號做延遲處理；
[0033] 第一運算模塊，用於將所述信號與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲；
[0034] 第二運算模塊，用於計算噪聲的功率。
[0035] 較佳地，所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
[0036] 較佳地，所述第二運算模塊，用於通過對噪聲取模後做平方運算，然後乘以加權因 子，以計算出噪聲的功率；所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
[0037] 較佳地，所述加權因子取值為0· 5。
[0038] 較佳地，還包括：濾波模塊，與所述第二運算模塊相連，用於對計算出的噪聲功率 做濾波處理。
[0039] 在又一實施例中還提供了另一種噪聲估計裝置，包括依次相連的：
[0040] 解復用模塊，用於對待檢測的信號進行解復用，分離出信號的實部或虛部；
[0041] 延遲處理模塊，用於對所述分離出來的實部或虛部做延遲處理；
[0042] 第一運算模塊，用於將所述實部或虛部與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲 的實部或虛部；
[0043] 第二運算模塊，用於計算噪聲的功率。
[0044] 較佳地，所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
[0045] 較佳地，所述第二運算模塊，用於通過對噪聲的實部或虛部取模後做平方運算，然 後乘以加權因子，以計算出噪聲的功率；所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。 [0046] 較佳地，所述加權因子取值為1。
[0047] 較佳地，還包括：濾波模塊，與所述第二運算模塊相連，用於對計算出的噪聲的功 率做濾波處理。
[0048] 為了上述以及相關的目的，一個或多個實施例包括後面將詳細說明並在權利要求 中特別指出的特徵。下面的說明以及附圖詳細說明某些示例性方面，並且其指示的僅僅是 各個實施例的原則可以利用的各種方式中的一些方式。其它的益處和新穎性特徵將隨著下 面的詳細說明結合附圖考慮而變得明顯，所公開的實施例是要包括所有這些方面以及它們 的等同。
[0049] 說明書附圖
[0050] 圖1是現有技術HSPA+接收機框圖；
[0051] 圖2是現有技術基於導頻SNR估計的邏輯框圖；
[0052] 圖3是本發明第一實施例噪聲估計方法流程圖；
[0053] 圖4是本發明第一實施例噪聲估計的邏輯框圖；
[0054] 圖5是本發明第一實施例SNR估計的邏輯框圖；
[0055] 圖6是本發明第一實施例噪聲估計方法流程圖；
[0056] 圖7是本發明第一實施例噪聲估計的邏輯框圖；
[0057] 圖8是本發明第一實施例SNR估計的邏輯框圖。

【具體實施方式】
[0058] 以下描述和附圖充分地示出本發明的具體實施方案，以使本領域的技術人員能夠 實踐它們。其他實施方案可以包括結構的、邏輯的、電氣的、過程的以及其他的改變。實施 例僅代表可能的變化。除非明確要求，否則單獨的組件和功能是可選的，並且操作的順序可 以變化。一些實施方案的部分和特徵可以被包括在或替換其他實施方案的部分和特徵。本 發明的實施方案的範圍包括權利要求書的整個範圍，以及權利要求書的所有可獲得的等同 物。在本文中，本發明的這些實施方案可以被單獨地或總地用術語"發明"來表示，這僅僅 是為了方便，並且如果事實上公開了超過一個的發明，不是要自動地限制該應用的範圍為 任何單個發明或發明構思。
[0059] 申請人:發現由於時延不匹配導致信號存在相位誤差，會影響SNR估計的準確程 度，而SNR估計的準確程度則對改善接收機性能非常重要，因此本發明的重點在如何提高 SNR估計的準確程度。
[0060] 待檢測信號f(X)由於時延不匹配而存在相位誤差，與實軸夾角為Θ。此時，待檢 測信號在實軸上的分量，即待檢測信號的實部為f(x) · cos Θ，在虛軸上的分量，即待檢測 的信號虛部為f(x) · sin0。相位誤差角度Θ取值一般很小，因此，cos Θ趨近於1。待檢 測信號f (X)包括信號(X)和噪聲f2 (X)，(X) -般而言會遠大於f2 (X)。因此，在計算SNR 時，由於c〇S0趨近於l，f(x)趨近於fjx)，待檢測的信號在實軸上的分量f(x) mosQ趨 近於信號(X)，並不會對信號的估計造成太大的影響。但是對於噪聲的估計，相位旋轉將 導致較大的估計誤差：由於信號出現相位旋轉，在虛軸上存在了信號分量f(x) · Sin θ，盡 管Θ較小，但是由於fi(x)遠大於f2(x)，將對噪聲&〇〇的估計造成很大的誤差。
[0061] 申請人:基於對時延不匹配導致的SNR估計誤差進行深入研究，從原理上明確問題 所在，進行了深入的分析，付出創造性勞動，進而提供了有效的解決方案，很好地解決了上 述問題。
[0062] 第一實施例：
[0063] 本發明實施例提供了一種噪聲估計方法，如圖3所示，包括步驟：
[0064] 步驟S401 :對待檢測的信號做延遲處理；
[0065] 步驟S402 :將所述信號與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲；
[0066] 步驟S403 :計算噪聲的功率。
[0067] 其中，所述待檢測信號包括信號和噪聲。當存在時延不匹配時，所述信號在頻域中 存在相位旋轉，具有實部和虛部。本發明第一實施例考慮了相位誤差對噪聲估計的影響，對 待檢測的信號整體進行延遲後，與原信號進行差分運算，從而巧妙地消除了信號對噪聲估 計的幹擾，使得噪聲估計更加準確。
[0068] 較佳地，在執行步驟S401時，所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍； N為正整數。較佳地，可以取N=l。
[0069] 較佳地，在執行步驟S403時，可以通過對噪聲取模後做平方運算，然後乘以加權 因子，以計算出噪聲的功率；所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。信號為實數 時，取模後做平方運算就是平方器；信號為複數時，取模後做平方運算等於信號實部的平方 加信號虛部的平方。
[0070] 較佳地，所述加權因子取值為〇· 5。
[0071] 較佳地，在執行步驟S402之後，步驟S403之前，還可以包括步驟S404(圖中未示 出）：對計算出的噪聲的功率做濾波處理。從而進行平滑處理。對於零均值的隨機噪聲，可 以採用積分器來進行平滑處理。
[0072] 為了進一步說明本發明解決方案，參見圖4,該圖示出了在一具體實施例中噪聲估 計的邏輯框圖。
[0073] 本發明實施例還提供了一種SNR估計方法，在採用本發明第一實施例所述方法估 計噪聲功率時，還計算信號的功率，將得到的信號功率與噪聲功率做除法運算，得到SNR。
[0074] 較佳地，在計算信號功率時，可以對待檢測信號進行解復用，分離出待檢測信號的 實部，對其取模後做平方運算，從而計算出信號的功率。
[0075] 較佳地，還可以在分離出待檢測信號的實部後，先進行濾波處理，然後再計算信號 的功率。
[0076] 為了進一步說明，參見圖5,該圖示出了在一具體實施例中SNR估計的邏輯框圖。
[0077] 第二實施例：
[0078] 本發明實施例提供了一種噪聲估計方法，如圖6所示，包括步驟：
[0079] 步驟S701 :對待檢測的信號進行解復用，分離出信號的實部或虛部；
[0080] 步驟S702 :對所述信號的實部或虛部做延遲處理；
[0081] 步驟S703 :將所述信號的實部或虛部與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲的 實部或虛部；
[0082] 步驟S704 :計算噪聲的功率。
[0083] 其中，所述待檢測信號包括信號和噪聲。當存在時延不匹配時，所述信號在頻域中 存在相位旋轉，具有實部和虛部。本發明第二實施例考慮了相位誤差對導頻符號的影響，針 對信號虛部對噪聲估計帶來的影響，分離出待檢測信號的虛部，對待檢測的信號的虛部進 行延遲後，與原信號的虛部進行差分運算，得到噪聲的實部或虛部。由於大部分的噪聲，例 如高斯白噪聲，隨機噪聲等，其實部和虛部統計特性分布相同，即，噪聲的實部和虛部相等， 因此，只需要對信號的實部或虛部進行延遲和差分處理，消除信號對噪聲估計的幹擾，根 據噪聲的實部或虛部均可計算出噪聲功率，降低了運算量，使得噪聲估計更加準確。
[0084] 其中，解復用的作用是分離信號的實部和虛部。
[0085] 較佳地，在執行步驟S702時，所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍； N為正整數。較佳地，可以取N=l。
[0086] 較佳地，在執行步驟S704時，可以通過對噪聲的實部或虛部取模後做平方運算， 然後乘以加權因子，以計算出噪聲的功率；所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。 信號為實數時，取模後做平方運算就是平方器；信號為複數時，取模後做平方運算等於信號 實部的平方加信號虛部的平方。
[0087] 較佳地，所述加權因子取值為1。
[0088] 較佳地，在執行步驟S703之後，步驟S704之前，還可以包括步驟S705(圖中未示 出）：對計算出的噪聲功率做濾波處理。從而對噪聲進行平滑處理。對於零均值的隨機噪 聲，可以採用積分器來進行平滑處理。
[0089] 為了進一步說明，參見圖7,該圖示出了在一具體實施例中噪聲估計的邏輯框圖。 通過對信號的虛部取模後做平方運算，消除了噪聲估計過程中信號帶來的幹擾，使得噪聲 估計更準確。通過對信號的實部取模後做平方運算以消除信號對噪聲估計的幹擾的方式亦 如此，此處不再贅述。
[0090] 本發明實施例還提供了一種SNR估計方法，在採用本發明第一實施例所述方法估 計噪聲功率時，還計算信號的功率，將得到的信號功率與噪聲功率做除法運算，得到SNR。
[0091] 較佳地，在計算信號功率時，可以對待檢測信號進行解復用，分離出待檢測信號的 實部，對其取模後做平方運算，從而計算出信號的功率。
[0092] 較佳地，還可以在分離出待檢測信號的實部後，先進行濾波處理，然後再計算信號 的功率。
[0093] 為了進一步說明，參見圖8,該圖示出了在一具體實施例中SNR估計的邏輯框圖。
[0094]
[0095] 第三實施例：
[0096] 本發明實施例還提供了一種噪聲估計的裝置，包括依次相連的：
[0097] 延遲處理模塊，用於對待檢測的信號做延遲處理；
[0098] 第一運算模塊，用於將所述信號與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲；
[0099] 第二運算模塊，用於計算噪聲的功率。
[0100] 較佳地，所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
[0101] 較佳地，所述第二運算模塊，用於通過對噪聲取模後做平方運算，然後乘以加權因 子，以計算出噪聲的功率；所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
[0102] 較佳地，所述加權因子取值為0. 5。
[0103] 較佳地，還包括：濾波模塊，與所述第二運算模塊相連，用於對計算出的噪聲功率 做濾波處理。
[0104] 第四實施例：
[0105] 本發明實施例提供了另一種噪聲估計裝置，包括依次相連的：
[0106] 解復用模塊，用於對待檢測的信號進行解復用，分離出信號的實部或虛部；
[0107] 延遲處理模塊，用於對所述分離出來的實部或虛部做延遲處理；
[0108] 第一運算模塊，用於將所述實部或虛部與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲 的實部或虛部；
[0109] 第二運算模塊，用於計算噪聲的功率。
[0110] 較佳地，所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
[0111] 較佳地，所述第二運算模塊，用於通過對噪聲的實部或虛部取模後做平方運算，然 後乘以加權因子，以計算出噪聲的功率；所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
[0112] 較佳地，所述加權因子取值為1。
[0113] 較佳地，還包括：濾波模塊，與所述第二運算模塊相連，用於對計算出的噪聲的功 率做濾波處理。
[0114] 本發明是為了有效地抑制時延不匹配導致的相位誤差。本發明假設在相鄰符號 上，期望的有用信號的相位和幅度不變。即使在高速移動的情況下，這也是一個合理的假 設。本發明考慮了相位誤差對信號的影響，通過對信號進行延遲和差分運算，巧妙地消除了 信號在虛軸上的分量對噪聲估計的影響，即除了消除對殘留頻偏的影響，保留了噪聲部分， 本發明的估計具有更小的方差和更高的準確度。
[0115] 本發明通過提高噪聲估計的準確度，進而提高SNR估計的準確度。而SNR估計會 直接影響信道質量指示（CQI)的計算，也會影響數據重傳時的合併，進而能提高接收機的 吞吐率。
[0116] 本發明實施例所提供的噪聲估計的方法能夠很好地解決CPICH信道估計時，由於 時延偏差導致的SNR估計偏差，由於採用了時延和差分運算，能夠很好地消除信號對噪聲 估計的幹擾，使得SNR計算更加準確，不會受到時延偏差的影響。本發明實施例所提供的噪 聲估計的方法還能應用於其他場景下的噪聲估計，均能克服時延偏差帶來的估計誤差，使 得噪聲估計結果更加準確，並不限於CPICH信道估計。
[0117] 根據所述公開的實施例，可以使得本領域技術人員能夠實現或者使用本發明。對 於本領域技術人員來說，這些實施例的各種修改是顯而易見的，並且這裡定義的總體原理 也可以在不脫離本發明的範圍和主旨的基礎上應用於其他實施例。以上所述的實施例僅為 本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任 何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種噪聲估計的方法，其特徵在於： 對待檢測的信號做延遲處理； 將所述信號與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲； 計算噪聲的功率。
2. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於： 所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
3. 如權利要求1所述的方法，其特徵在於： 通過對噪聲取模後做平方運算，然後乘以加權因子，以計算出噪聲的功率； 所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
4. 如權利要求3所述的方法，其特徵在於： 所述加權因子取值為0.5。
5. 如權利要求1-4中任何一項所述的方法，其特徵在於，還包括： 對計算出的噪聲功率做濾波處理。
6. -種噪聲估計方法，其特徵在於： 對待檢測的信號進行解復用，分離出信號的實部或虛部； 對所述分離出來的實部或虛部做延遲處理； 將所述實部或虛部與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲的實部或虛部； 計算噪聲的功率。
7. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於： 所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
8. 如權利要求6所述的方法，其特徵在於： 通過對噪聲的實部或虛部取模後做平方運算，然後乘以加權因子，以計算出噪聲的功 率； 所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
9. 如權利要求8所述的方法，其特徵在於： 所述加權因子取值為1。
10. 如權利要求6-9中任何一項所述的方法，其特徵在於，還包括： 對計算出的噪聲的功率做濾波處理。
11. 一種噪聲估計的裝置，其特徵在於，包括依次相連的： 延遲處理模塊，用於對待檢測的信號做延遲處理； 第一運算模塊，用於將所述信號與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲； 第二運算模塊，用於計算噪聲的功率。
12. 如權利要求11所述的裝置，其特徵在於： 所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
13. 如權利要求11所述的裝置，其特徵在於： 所述第二運算模塊，用於通過對噪聲取模後做平方運算，然後乘以加權因子，以計算出 噪聲的功率； 所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
14. 如權利要求13所述的裝置，其特徵在於： 所述加權因子取值為0.5。
15. 如權利要求11-14中任何一項所述的裝置，其特徵在於，還包括： 濾波模塊，與所述第二運算模塊相連，用於對計算出的噪聲功率做濾波處理。
16. -種噪聲估計裝置，其特徵在於，包括依次相連的： 解復用模塊，用於對待檢測的信號進行解復用，分離出信號的實部或虛部； 延遲處理模塊，用於對所述分離出來的實部或虛部做延遲處理； 第一運算模塊，用於將所述實部或虛部與其延遲後的信號做差分運算，得到噪聲的實 部或虛部； 第二運算模塊，用於計算噪聲的功率。
17. 如權利要求16所述的裝置，其特徵在於： 所述延遲處理時長是待檢測信號的信號周期的N倍；N為正整數。
18. 如權利要求16所述的裝置，其特徵在於： 所述第二運算模塊，用於通過對噪聲的實部或虛部取模後做平方運算，然後乘以加權 因子，以計算出噪聲的功率； 所述加權因子根據噪聲的統計分布情況來確定。
19. 如權利要求18所述的裝置，其特徵在於： 所述加權因子取值為1。
20. 如權利要求16-19中任何一項所述的裝置，其特徵在於，還包括： 濾波模塊，與所述第二運算模塊相連，用於對計算出的噪聲的功率做濾波處理。
【文檔編號】H04B17/00GK104158602SQ201410306577
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】鮑東山, 司宏偉, 劉飛, 肖偉 申請人:上海新岸線電子技術有限公司