信噪比測量方法、裝置及其應用的製作方法
2023-05-12 19:11:46 1
專利名稱：信噪比測量方法、裝置及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信技術，具體涉及一種信噪比測量方法、裝置及其應用。
背景技術：
LTE(Long Term Evolution)項目是3G的演進，它改進並增強了 3G的空中接入 技術，採用OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交頻分復用)禾口 MM0 (Multiple-Input Multiple-0ut-put，多輸入輸出)作為其無線網絡演進的標準。有 效地改善了小區邊緣用戶的性能，提高小區容量和降低系統延遲。 在數字通信協議中，數據接收方通常向發送方回復ACK/NACK信號，以通知發送方 數據是否被正確接收。如果接收方成功的接收到數據，那麼會回復一個ACK(確認應答)信 號；否則回復一個NACK(否認應答)信號。為了表述方便，在後面的描述中用ACK/NACK表 示ACK或NACK。在LTE系統中，基站對目標用戶ACK/NACK信號的解調過程首先要判斷有沒 有ACK/NACK信號，即對上行ACK/NACK信號進行盲檢測，如果有則對接收信號進行ACK/NACK 解調。 在現有技術中，對上行ACK/NACK信號進行盲檢測主要有以下方法
(1)相關法 這種方法利用了序列的特性，以PUCCH(物理上行控制信道)來說，其頻域擴頻基
序列為ZC(Zadoff-Chu)序列，ZC序列具有很強的自相關特性。接收端預知目標用戶的頻
域擴頻基序列，將接收信號與預知的目標用戶基序列進行相關，求取相關峰值，根據相關峰
值大小可以判斷目標用戶有沒有發送ACK/NACK信號，同時削除或者減弱其它用戶的幹擾。 (2) RSRP (Reference Signal Received Power,參考符號接收功率) 這種方法首先對接收信號進行消噪，然後測量參考符號的接收功率；依據測量的
RSRP的大小來判斷有沒有接收到ACK/NACK信號。 在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下缺點這兩種方案不 能有效地區分DTX (Discontinuous Transmission)和ACK/NACK，解調性能較差。
發明內容
本發明一方面提供一種信噪比測量方法及裝置，以有效地測量LTE系統中上行信 號的信噪比。 本發明另一方面提供一種LTE系統中信號檢測方法及設備，以保證上行ACK/NACK 信號盲檢測的解調性能。 本發明提供的一種信噪比測量方法，包括
對接收的上行信號進行頻域消噪； 對頻域消噪後的上行信號進行快速傅立葉逆變換，獲取時域信道衝擊響應；
根據所述時域信道衝擊響應獲取各抽頭的功率；
利用時域抽頭的功率估計信噪比。
本發明提供的一種LTE系統中信號檢測方法，包括
利用接收的上行信號進行信噪比測量； 如果測量得到的信噪比大於設定的門限值，則對接收的上行信號進行確認應答
ACK或否認應答NACK信號解調。 本發明提供的一種信噪比測量裝置，包括 消噪單元，用於對接收的上行信號進行頻域消噪； 變換單元，用於對頻域消噪後的上行信號進行IFFT變換，獲取時域信道衝擊響 應； 功率獲取單元，用於根據所述時域信道衝擊響應獲取各抽頭的功率； 信噪比估計單元，用於利用時域抽頭的功率估計信噪比。 本發明提供的一種長期演進LTE系統中信號檢測設備，包括 信噪比測量裝置，用於利用接收的上行信號進行信噪比測量； 比較裝置，用於比較測量得到的信噪比與設定的門限值，獲得比較結果； 解調裝置，用於在所述比較結果為估算出的信噪比大於門限值的情況下，對接收
的上行信號進行確認應答ACK或否認應答NACK信號解調。 本發明提供的信噪比測量方法及裝置，通過對接收的上行信號進行頻域消噪；對
頻域消噪後的上行信號進行IFFT(Inverse Fast Fourier Transform,快速傅立葉逆變
換)，獲取時域信道衝擊響應；根據所述時域信道衝擊響應獲取各抽頭的功率；利用時域抽
頭的功率估計信噪比。可以有效地估計LTE系統中上行信號的信噪比。 本發明提供的LTE系統中信號檢測方法及設備，選取信噪比作為上行ACK/NACK信
號盲檢測的判決變量，可以保證在各種場景下的上行ACK/NACK信號盲檢測的解調性能。
圖1是本發明實施例信噪比測量方法的流程圖； 圖2是LTE系統中上行ACK/NACK信道結構和資源映射示意圖； 圖3是本發明實施例LTE系統中信號檢測方法的流程圖； 圖4是本發明實施例信噪比測量裝置的結構示意圖； 圖5是本發明實施例LTE系統中信號檢測設備的結構示意圖； 圖6是在DTX狀態下，通過本發明技術方案所測得的信噪比的CDF曲線； 圖7為圖6的局部放大圖； 圖8是在1. 4M信道帶寬、ETU70無線信道環境下，用戶有發送ACK/NACK信號時基 站側所測量信噪比的CDF曲線； 圖9是在1. 4M信道帶寬、ETU70無線信道環境下，在保證DTX_ > ACK低於1 %的
情況下，採用不同方法得到的ACK漏檢概率性能曲線； 圖10是通過仿真得到的多用戶ACK/NACK解調性能示意圖。
具體實施例方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發明實施例的方案，下面結合附圖和實施 方式對本發明實施例作進一步的詳細說明。
如圖1所示，是本發明一種信噪比測量方法的流程圖，主要包括以下步驟
步驟IOI，對接收的上行信號進行頻域消噪。 優選地，首先，獲取接收的上行信號中的導頻點接收信號，並根據所述導頻點接收 信號獲得導頻信道估計值；然後，分別對每個時隙中的數據和導頻信道估計值進行平均消 噪。 當然，本發明實施例並不限於這種消噪方法，還可以採用其他消噪方法，比如，採 用匪SE(Minimum Mean-Square Error,最小均方誤差)信道估計算法，對獲得的信道估計值 進行噪聲抑制。 步驟102，對頻域消噪後的上行信號進行IFFT變換，獲取時域信道衝擊響應。
步驟103，根據所述時域信道衝擊響應獲取各抽頭的功率。
步驟104，利用時域抽頭的功率估計信噪比。 優選地，可以將信道抽頭第一徑的各抽頭的功率作為信號功率，對其餘抽頭功率
按照從小到大的順序排序，並丟棄其中較大兩徑的抽頭功率，將其餘徑的抽頭功率進行平
均作為等效的噪聲功率，根據所述信號功率和等效的噪聲功率計算信噪比。 當然，本發明實施例並不限於這種估計方法，還可以採用其他估計方法，比如，設
定噪聲門限值，根據噪聲門限值認為小於該門限的抽頭為噪聲抽頭，大於門限值的抽頭為
信號抽頭，從而得到信號功率和噪聲功率，，根據所述信號功率和等效的噪聲功率計算信噪比。 下面以基於TS36. 211 (3rd Generation Partnership Project TechnicalSpecification 36. 211，第三代合作夥伴計劃技術規範36. 211)規範的LTE系統為例來進一步說明本發明 實施例的方法。 LTE系統中PUCCH format la(Physical Uplink Control Channel formatla，上 行控制信道格式la)是用來傳輸ACK/NACK信號的，其上行ACK/NACK信道結構和資源映射 如圖2所示。 LTE系統中一個用戶獲得的時頻資源是由多個時頻單元構成，一個時頻單元由多 個元素構成，其中數據子載波和導頻載波的結構是固定的。對於PUCCHformat la—個子幀 中有兩個時隙，一個時隙內PUCCH信號在頻域佔用12個子載波，在時域佔用7個0F匿符號， 其中第1、2、6、70FDM符號為數據符號，第3、4、50FDM符號為導頻符號。對於上行ACK/NACK 信號，其首先產生lbit的ACK/NACK信號，與頻域循環移位基序列相乘變成12bit，再經過時 域正交擴展到4個數據符號上，而導頻符號直接由頻域循環移位基序列經過時域正交擴展 到3個導頻符號上。 假定每個子載波上發送的數據為Si,u，頻域信道響應為Hi,u，頻域循環移位基序 例為Pi,u， Ri,u表示接收信號。各下標含義如下i表示第i時隙，1表示第1個OFDM符
號，k表示第k個子載波。假定a為調製後的ACK/NACK信號(ACK .(1 + /); NACK (1 + /))， Wu為時域擴頻碼，則接收信號可以表示為 Ri,u = Hi,u Si,u+Ni,u (1《i《2， 1《k《12， 1《1《7) [1]
其中，
6"^".W/(數據符號，^: = 1,2,6,7)
,CK/導頻符號，^ = 3,4,5)
將[2]代入[1]，可得
一a,, Wv + (數據符號'"1,2,6， 7)
.A,w .《w W，,導頻符號，* = 3,4，5)
其中Ni,u服從均值為0的復高斯分布。 由於在LTE系統中目標用戶的頻域循環移位序列和時域正交擴頻序列是預知的，
這樣通過公式[4]就可以獲得頻域信道估計值
仏w =
尺
化,
戶.『
A,w'"+n (數據符號，* = 1,2，6,7)
(導頻符號，"3,4，5) 可以獲知7V.
.分布同樣具有零均值復高斯分布的特性，即
丸/
^義,
)=0 根據信道的時域相關特性，在一定的時間範圍內(比如一個時隙內)，可以認為信
道響應近似是相同的，對A,W關於1平均，可得
,力
4廠^ i = 1，2， 1 = 1，2. 7， k = 1，2. 12 從公式[6]可以看出，對獲得的信道估計值進行時域平均可以消除噪聲或者幹擾 的影響，由於數據部分無法獲知是否發送了信號，因此可以將數據部分和導頻部分分開處 理，這樣可以獲得均衡後的信道估計值
五[~
五u
](數據部分，/ = 1,2,6,7)
](導頻部分，/ = 3,4,5)
1《f (導頻部分)"，，， 這樣，每個時隙可以獲得2列信道估計值， 一個子幀共4列頻域信道估計值c
7
對[7]獲得的頻域信道估計值進行IFFT變換，獲取時域信道衝擊響應
^)=驕^5))(/=1,2,111=1,2) [8]
由於時域的信道衝擊響應是信號、幹擾以及熱噪聲等共同作用的結果，由於信道 的多徑傳播，在多徑位置對應的信道抽頭是信號、幹擾和熱噪聲作用的結果，而其他位置的 信道抽頭主要就是幹擾和熱噪聲共同作用的結果，因此通過門限值的過濾得到幹擾和熱噪 聲對應的信道衝激響應抽頭，繼而可以得到幹擾和噪聲的功率、信號的功率從而可以估算 出當前信道的信噪比。由於時域均衡已經一定程度上減弱了噪聲的影響，因此這裡稱之為 等效的信號功率、等效的幹擾和噪聲的功率。 這裡信號抽頭有12徑，假設信道時延擴展不會超過CP (Cycle Prefix,循環前綴) (5us)，通過計算可得每一徑的時延為5. 58us，因此可以認為能量主要集中在第一徑中，對 其它抽頭按照功率大小進行排序，將較小的9個抽頭作為噪聲和幹擾，其平均功率作為噪 聲功率，估計出等效的信噪比。 需要說明的是，在實際應用中，如果接收天線數目大於l，則可以依照前面的流程 對每根接收天線估計所述等效的噪聲功率和信號功率；將估計得到的所有等效的噪聲功率 和信號功率分別在多天線之間進行平均；根據平均後的噪聲功率和信號功率計算信噪比。 這樣，可以使得多天線情況下，對信噪比的估計更準確。 當然，也可以在針對每個天線根據時域信道衝擊響應獲取到各抽頭的功率後，將 所有信道抽頭各徑的抽頭功率在多天線之間進行平均，然後，根據平均後的信道抽頭估計 信號功率和噪聲功率，進而計算信噪比。 參照圖3，是本發明實施例LTE系統中信號檢測方法的流程圖，主要包括以下步 驟 步驟301，利用接收的上行信號進行信噪比測量，信噪比測量的過程可以參照前面 圖1所示的流程，在此不再詳細描述。 步驟302，判斷測量得到的信噪比是否大於設定的門限值；如果是，則執行步驟 303 ;否則，執行步驟301。 步驟303，對接收的上行信號進行ACK/NACK解調。 本發明實施例LTE系統中信號檢測方法，將利用接收的上行信號進行信噪比測量 得到的結果作為判決依據，可以有效地區分DTX和ACK/NACK狀態，提高接收機對ACK/NACK 信號的檢測性能。 本發明實施例還提供了一種信噪比測量裝置，如圖3所示，是該信噪比測量裝置 的結構示意圖 該裝置包括消噪單元401、變換單元402、功率獲取單元403和信噪比估計單元 404。其中，消噪單元401用於對接收的上行信號進行頻域消噪；變換單元402用於對頻域 消噪後的上行信號進行IFFT變換，獲取時域信道衝擊響應；功率獲取單元403用於根據所 述時域信道衝擊響應獲取各抽頭的功率；信噪比估計單元404用於利用時域抽頭的功率估 計信噪比。 優選地，消噪單元401可以包括導頻點接收信號獲取子單元411、導頻信道估計 值獲取子單元412和消噪子單元413。其中，導頻點接收信號獲取子單元411用於獲取接收的上行信號中的導頻點接收信號；導頻信道估計值獲取子單元412用於根據所述導頻點接收信號獲得導頻信道估計值；消噪子單元413用於分別對每個時隙中的數據和導頻信道估計值進行平均消噪。 優選地，信噪比估計單元404包括信號功率估計子單元441、排序子單元442、噪聲功率估計子單元443和信噪比計算子單元444。其中，信號功率估計子單元441用於將信道抽頭第一徑的各抽頭的功率作為信號功率；排序子單元442用於對其餘抽頭功率按照從小到大的順序排序，並丟棄其中較大兩徑的抽頭功率；噪聲功率估計子單元443用於將其餘徑的抽頭功率進行平均作為等效的噪聲功率；信噪比計算子單元444用於根據所述信號功率和等效的噪聲功率計算信噪比。 利用本發明實施例的信噪比測量裝置進行信噪比測量的具體過程如下 1.由消噪單元401對接收的上行信號進行頻域消噪 (1)由導頻點接收信號獲取子單元411獲取導頻點接收信號A，u ; (2)由導頻信道估計值獲取子單元412獲得頻域信道估計值，比如利用LS (Least
Square,最小二乘)算法進行頻信道估計，得到
formula see original document page 9
(3)由消噪子單元413分別對每個時隙中的數據、導頻信道估計值進行平均消噪
formula see original document page 9
當然，本發明實施例中消噪單元401並不限於上述這種結構，比如，採用匪SE信道估計算法對信道估計值進行噪聲抑制。相應地，其結構也會有所變化。
2.由變換單元402做IFFT變換，獲得時域信道衝激響應
formula see original document page 9 3.由功率獲取單元403求取各抽頭的功率
formula see original document page 9 4.由信噪比估計單元404利用時域抽頭的功率估計信噪比
(1)由信號功率估計子單元441估計信號功率 假設4列抽頭的總功率為formula see original document page 9將信道抽頭第一徑的各抽頭的功率作為信號功率，即得到formula see original document page 9
(2)由排序子單元442對其餘抽頭功率進行排序，比如按照從小到大的順序排序(當然也可以按照從大到小的順序排序)，Eir^ : u = sort (PoWer_t0tal2 : 12);並丟棄其中
較大的兩徑，對其餘徑做平均，獲得噪聲功率
formula see original document page 10 [15] (3)由信噪比計算子單元444求取信號噪聲功率比SNR :
formula see original document page 10[16] 當然，本發明實施例中信噪比估計單元404並不限於上述這種結構，比如，設定噪聲門限值，根據噪聲門限值認為小於該門限的抽頭為噪聲抽頭，大於門限值的抽頭為信號抽頭。相應地，信噪比估計單元404的結構也會有所不同。 需要說明的是，本發明實施例的信噪比測量裝置同樣適用於多天線的應用環境。如果接收天線數目大於1 ，那麼對每根接收天線需要計算信號功率和噪聲功率，並將信號功率和噪聲功率在多天線之間進行平均，然後再計算信噪比。這樣，可以使得多天線情況下，對信噪比的估計更準確。 本發明實施例還提供了一種LTE系統中信號檢測設備，如圖5所示，是該信號檢測設備的結構示意圖。 該信號檢測設備包括信噪比測量裝置501、比較裝置502和解調裝置503。其中，信噪比測量裝置501用於利用接收的上行信號進行信噪比測量，其優選結構如圖4所示，利用該信噪比測量裝置501進行信噪比測量的過程在前面已做詳細描述。比較裝置502用於比較測量得到的信噪比與設定的門限值，獲得比較結果；解調裝置503用於在所述比較結果為估算出的信噪比大於門限值的情況下，對接收的上行信號進行ACK/NACK解調。比如，當比較裝置502比較結果為測量得到的信噪比大於設定的門限值，則通知解調裝置503對接收的上行信號進行ACK/NACK解調，否則，通知信噪比測量裝置501繼續利用接收的上行信號進行信噪比測量。 本發明實施例LTE系統中信號檢測設備，將利用接收的上行信號進行信噪比測量得到的結果作為判決依據，可以有效地區分DTX和ACK/NACK狀態，提高接收機對ACK/NACK信號的檢測性能。 本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，所述的程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，所述的存儲介質，如ROM/RAM、磁碟、光碟等。 下面進一步通過仿真分析對比，說明本發明技術方案得到的等效信噪比可以有效區分DTX和ACK/NACK狀態。 仿真分析方案1 :單用戶情況下，分別統計在DTX狀態(即接收端信號為高斯白噪聲)和有ACK/NACK信號下的基站側按照上述方法所測得等效信噪比的累積分部函數(CDF)曲線。 圖6給出了 DTX狀態下，通過本發明技術方案所測得的信噪比的CDF曲線。
可以看出，在不同的噪聲功率下所測SNR的CDF曲線基本是一致的。
圖7為圖6的局部放大圖，可以看出在不同的噪聲功率下測量的SNR有98%都低於2. 25，如果取門限值為2. 25，假設接收信號判斷為ACK/NACK的概率是相同的，則在該門限值是可以保證在所有場景下DTX- > ACK的概率都低於1%。 圖8給出了在1.4M信道帶寬、ETU70無線信道環境下，用戶有發送ACK/NACK信號時基站側所測量信噪比的CDF曲線。可以看出，本發明技術方案能夠有效地區分ACK/NACK和DTX的狀態。 圖9給出了在1. 4M信道帶寬、ETU70無線信道環境下，在保證DTX- > ACK低於1 %
的情況下，採用不同方法得到的ACK漏檢概率性能曲線。 可以看出，本發明技術方案的解調性能明顯優於採用相關法和RSRP作為判決變量的方法。 仿真分析方案2:為了驗證本發明技術方案在多用戶場景下的性能，對多用戶場景進行了仿真，仿真設定如表1所示，判決門限值取2. 25。 圖10是依照本發明技術方案通過仿真得到的多用戶ACK/NACK解調性能示意圖。
從圖中可以看出在多用戶下本發明技術方案仍然有效，與單用戶相比解調性能幾乎沒有下降，同時門限值2. 25仍然可以保證DTX- > ACK的概率低於1%。
PUCCHformatla(BPSK)
PUCCH用戶數目4(1目標用戶，3幹擾用戶)
功率配置OdB，-3dB，+3dBfor幹擾用戶1，2，3
相對時延Ons
信道模型ETU70
信號功率ACK :80%，薩10%， DTX :10%
信道帶寬1. 4M、3M、5M、10M
天線配置l發2收
PUCCH資源索引目標用戶2 幹擾用戶1、7、14 A = 2 ;CSoffset S = 0， c = 3 通過上述說明和仿真可以看出，本發明技術方案可以保證在所有場景下的上行ACK/NACK信號盲檢測的解調性能，其解調性能明顯優於現有其他幾種方案，能夠顯著地提高接收機的檢測性能。 以上對本發明實施例進行了詳細介紹，本文中應用了具體實施方式
對本發明進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及設備；同時，對於本領域的
11一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
一種信噪比測量方法，其特徵在於，包括對接收的上行信號進行頻域消噪；對頻域消噪後的上行信號進行快速傅立葉逆變換，獲取時域信道衝擊響應；根據所述時域信道衝擊響應獲取各抽頭的功率；利用時域抽頭的功率估計信噪比。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述對接收的上行信號進行頻域消噪包括獲取接收的上行信號中的導頻點接收信號，並根據所述導頻點接收信號獲得導頻信道 估計值；分別對每個時隙中的數據和導頻信道估計值進行平均消噪。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述利用時域抽頭的功率估計信噪比包括將信道抽頭第一徑的各抽頭的功率作為信號功率；對其餘抽頭功率按照從小到大的順序排序，並丟棄其中較大兩徑的抽頭功率； 將其餘徑的抽頭功率進行平均作為等效的噪聲功率； 根據所述信號功率和等效的噪聲功率計算信噪比。
4. 根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特徵在於，如果接收天線數目大於l，則對每根接收天線估計所述等效的噪聲功率和信號功率；將估計得到的所有等效的噪聲功率和信號功率分別在多天線之間進行平均；根據平均後的噪聲功率和信號功率計算信噪比。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述信噪比估計單元包括 信號功率估計子單元，用於將信道抽頭第一徑的各抽頭的功率作為信號功率； 排序子單元，用於對其餘抽頭功率按照從小到大的順序排序，並丟棄其中較大兩徑的抽頭功率；噪聲功率估計子單元，用於將其餘徑的抽頭功率進行平均作為等效的噪聲功率； 信噪比計算子單元，用於根據所述信號功率和等效的噪聲功率計算信噪比。
6. —種LTE系統中信號檢測方法，其特徵在於，包括 利用接收的上行信號進行信噪比測量；如果測量得到的信噪比大於設定的門限值，則對接收的上行信號進行確認應答ACK或 否認應答NACK信號解調。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述利用接收的上行信號進行信噪比測 量的方法為權利要求1至5任一項所述的信噪比測量方法。
8. —種信噪比測量裝置，其特徵在於，包括 消噪單元，用於對接收的上行信號進行頻域消噪；變換單元，用於對頻域消噪後的上行信號進行IFFT變換，獲取時域信道衝擊響應； 功率獲取單元，用於根據所述時域信道衝擊響應獲取各抽頭的功率；信噪比估計單元，用於利用時域抽頭的功率估計信噪比。
9. 根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述消噪單元包括 導頻點接收信號獲取子單元，用於獲取接收的上行信號中的導頻點接收信號；導頻信道估計值獲取子單元，用於根據所述導頻點接收信號獲得導頻信道估計值； 消噪子單元，用於分別對每個時隙中的數據和導頻信道估計值進行平均消噪。
10. —種長期演進LTE系統中信號檢測設備，其特徵在於，包括 信噪比測量裝置，用於利用接收的上行信號進行信噪比測量； 比較裝置，用於比較測量得到的信噪比與設定的門限值，獲得比較結果； 解調裝置，用於在所述比較結果為估算出的信噪比大於門限值的情況下，對接收的上行信號進行確認應答ACK或否認應答NACK信號解調。
11. 根據權利要求10所述的設備，其特徵在於，所述信噪比測量裝置為權利要求7至9
全文摘要
本發明公開了一種信噪比測量方法、裝置及其應用，所述方法包括對接收的上行信號進行頻域消噪；對頻域消噪後的上行信號進行快速傅立葉逆變換，獲取時域信道衝擊響應；根據所述時域信道衝擊響應獲取各抽頭的功率；利用時域抽頭的功率估計信噪比。利用本發明，可以有效地測量長期演進LTE系統中上行信號的信噪比，保證上行確認應答ACK或否認應答NACK信號盲檢測的解調性能。
文檔編號H04L1/00GK101729465SQ20081022446
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月15日 優先權日2008年10月15日
發明者于洋, 邱海傑, 陸會賢, 黃琛 申請人:大唐移動通信設備有限公司