一种确定下行链路数据的载波干扰噪声比的方法和装置.pdf

本发明公开了一种确定下行链路数据的载波干扰噪声比的方法和装置，能够获得较准确的载波噪声干扰比。所述方法包括：终端接收到数据帧后，从中提取前缀符号，根据所述前缀符号中子载波承载的前缀数据计算前缀符号的总功率和信号功率，根据计算得到的所述前缀符号的总功率和信号功率计算前缀符号的载波干扰噪声比(CINR)，根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，计算得到数据符号的CINR。

1、  一种确定下行链路数据的载波干扰噪声比的方法，下行链路数据帧中包含前缀符号和数据符号，一个前缀符号由一个前缀子载波集组成，其中包含多个子载波，其特征在于，
终端接收到数据帧后，从中提取前缀符号，根据所述前缀符号中子载波承载的前缀数据计算前缀符号的总功率和信号功率，根据计算得到的所述前缀符号的总功率和信号功率计算前缀符号的载波干扰噪声比(CINR)，根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，计算得到数据符号的CINR。

2、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
(a)终端接收到数据帧后，从中提取前缀符号，从所述前缀符号中提取2个或3个或4个频点相邻的子载波作为一子载波组；
(b)所述终端根据子载波组内各子载波上承载的前缀数据计算所述子载波组的接收总功率、以及所述子载波组的信号功率；
(c)所述终端根据所述子载波组的总功率和信号功率计算所述子载波组的CINR，将所述子载波组的CINR作为所述前缀符号的CINR；
(d)所述终端根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，用所述前缀符号的CINR减去所述功率增益得到数据符号的CINR。

3、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
(a)终端接收到数据帧后，从中提取前缀符号，将所述前缀符号中的多个子载波分为多个子载波组，每个子载波组中包含2个或3个或4个子载波，子载波组中相邻子载波的频点相邻；
(b)所述终端根据某子载波组内各子载波上承载的前缀数据计算所述子载波组的接收总功率、以及所述子载波组的信号功率；
(c)所述终端根据所述子载波组的总功率和信号功率计算所述子载波组的CINR，将多个子载波组的CINR的平均值作为所述前缀符号的CINR；
(d)所述终端根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，用所述前缀符号的CINR减去所述功率增益得到数据符号的CINR。

4、  如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，
所述终端将每个子载波组中包含的子载波划分为一个或多个子载波对，所述子载波组中的子载波属于一个子载波对或同时属于两个子载波对。

5、  如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，
每个子载波对的接收功率为|Y₁|²+|Y₂|²，其中，Y₁为子载波对内第一个子载波所承载的前缀数据，Y₂为子载波对内第二个子载波所承载的前缀数据；
所述子载波组的接收总功率为各子载波对的接收功率之和。

6、  如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，每个子载波对的其中，real表示取实部，Y₁为子载波对内第一个子载波所承载的前缀数据，Y₂为子载波对内第二个子载波所承载的前缀数据；
所述子载波组的信号功率为各子载波对的信号功率之和。

7、  如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，
所述子载波组的CINR＝子载波组的信号功率/(子载波组的接收总功率-子载波组的信号功率)。

8、  如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，
所述数据符号的

9、  一种确定下行链路数据的载波干扰噪声比的装置，下行链路数据帧中包含前缀符号和数据符号，一个前缀符号由一个前缀子载波集组成，其中包含多个子载波，其特征在于，所述装置包括提取单元和计算单元，其中：
所述提取单元，用于从接收到的下行链路数据帧中提取前缀符号，将所述前缀符号发送给所述计算单元；
所述计算单元，用于根据所述前缀符号中子载波承载的前缀数据计算前缀符号的总功率和信号功率，根据计算得到的所述前缀符号的总功率和信号功率计算前缀符号的载波干扰噪声比(CINR)，以及根据前缀符号与数据符号的功率增益的关系，计算得到数据符号的CINR。

10、  如权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述提取单元还用于将所述前缀符号中的多个子载波分为一个或多个子载波组，每个子载波组中包含2个或3个或4个子载波，所述子载波组中相邻子载波的频点相邻，将子载波以子载波组为单位发送给所述计算单元；
所述计算单元还用于根据子载波组内各子载波上承载的前缀数据计算所述子载波组的接收总功率以及所述子载波组的信号功率，根据所述子载波组的总功率和信号功率计算所述子载波组的CINR，将所述子载波组的CINR作为所述前缀符号的CINR，或者将多个子载波组的CINR的平均值作为所述前缀符号的CINR；以及根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，用所述前缀符号的CINR减去所述功率增益得到数据符号的CINR。

一种确定下行链路数据的载波干扰噪声比的方法和装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplex，OFDM)系统中确定下行链路载波干扰噪声比的方法和装置。
背景技术
以OFDM为基础的OFDM系统，在传输数据符号时，接收的OFDM符号内每个子载波上的数据由信号和干扰加噪声两部分组成，载波干扰噪声比(CINR，Carrier to Interference and Noise Ratio)为子载波上的信号功率与干扰加噪声功率的比值。载波干扰噪声比是反映信道质量的一个重要参数，估计载波干扰噪声比也是进行功率控制和自适应编码调制所必要的步骤。CINR估计在系统中的位置如图1所示。
目前有两种载波干扰噪声比的估计方法，一种是数据估计，另一种是导频估计。数据估计载波干扰噪声比要在接收的数据进行信道补偿之后才能进行，多了一次信道估计，导致了估计的载波干扰噪声比的不够准确。导频估计载波干扰噪声比，由于上行链路和下行链路导频位置的不同，估计的结果差异较大而且导频的数量往往较少，估计的结果也不够准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种确定下行链路数据的载波干扰噪声比的方法和装置，能够获得较准确的载波噪声干扰比。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种确定下行链路数据的载波干扰噪声比的方法，下行链路数据帧中包含前缀符号和数据符号，一个前缀符号由一个前缀子载波集组成，其中包含多个子载波，所述方法包括：
终端接收到数据帧后，从中提取前缀符号，根据所述前缀符号中子载波承载的前缀数据计算前缀符号的总功率和信号功率，根据计算得到的所述前缀符号的总功率和信号功率计算前缀符号的载波干扰噪声比(CINR)，根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，计算得到数据符号的CINR。
进一步地，所述方法包括：(a)终端接收到数据帧后，从中提取前缀符号，从所述前缀符号中提取2个或3个或4个频点相邻的子载波作为一子载波组；(b)所述终端根据子载波组内各子载波上承载的前缀数据计算所述子载波组的接收总功率、以及所述子载波组的信号功率；(c)所述终端根据所述子载波组的总功率和信号功率计算所述子载波组的CINR，将所述子载波组的CINR作为所述前缀符号的CINR；(d)所述终端根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，用所述前缀符号的CINR减去所述功率增益得到数据符号的CINR。
进一步地，所述方法包括：(a)终端接收到数据帧后，从中提取前缀符号，将所述前缀符号中的多个子载波分为多个子载波组，每个子载波组中包含2个或3个或4个子载波，子载波组中相邻子载波的频点相邻；(b)所述终端根据某子载波组内各子载波上承载的前缀数据计算所述子载波组的接收总功率、以及所述子载波组的信号功率；(c)所述终端根据所述子载波组的总功率和信号功率计算所述子载波组的CINR，将多个子载波组的CINR的平均值作为所述前缀符号的CINR；(d)所述终端根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，用所述前缀符号的CINR减去所述功率增益得到数据符号的CINR。
进一步地，在所述步骤(a)中，所述终端将每个子载波组中包含的子载波划分为一个或多个子载波对，所述子载波组中的子载波属于一个子载波对或同时属于两个子载波对。
进一步地，在所述步骤(b)中，每个子载波对的接收功率为|Y₁|²+|Y₂|²，其中，Y₁为子载波对内第一个子载波所承载的前缀数据，Y₂为子载波对内第二个子载波所承载的前缀数据；所述子载波组的接收总功率为各子载波对的接收功率之和。
进一步地，在所述步骤(b)中，其中，real表示取实部，Y₁为子载波对内第一个子载波所承载的前缀数据，Y₂为子载波对内第二个子载波所承载的前缀数据；所述子载波组的信号功率为各子载波对的信号功率之和。
进一步地，在所述步骤(c)中，所述子载波组的CINR＝子载波组的信号功率/(子载波组的接收总功率-子载波组的信号功率)。
进一步地，在所述步骤(d)中，所述数据符号的
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种确定下行链路数据的载波干扰噪声比的装置，下行链路数据帧中包含前缀符号和数据符号，一个前缀符号由一个前缀子载波集组成，其中包含多个子载波，所述装置包括提取单元和计算单元，其中：
所述提取单元，用于从接收到的下行链路数据帧中提取前缀符号，将所述前缀符号发送给所述计算单元；
所述计算单元，用于根据所述前缀符号中子载波承载的前缀数据计算前缀符号的总功率和信号功率，根据计算得到的所述前缀符号的总功率和信号功率计算前缀符号的载波干扰噪声比(CINR)，以及根据前缀符号与数据符号的功率增益的关系，计算得到数据符号的CINR。
进一步地，所述提取单元还用于将所述前缀符号中的多个子载波分为一个或多个子载波组，每个子载波组中包含2个或3个或4个子载波，所述子载波组中相邻子载波的频点相邻，将子载波以子载波组为单位发送给所述计算单元；所述计算单元还用于根据子载波组内各子载波上承载的前缀数据计算所述子载波组的接收总功率以及所述子载波组的信号功率，根据所述子载波组的总功率和信号功率计算所述子载波组的CINR，将所述子载波组的CINR作为所述前缀符号的CINR，或者将多个子载波组的CINR的平均值作为所述前缀符号的CINR；以及根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，用所述前缀符号的CINR减去所述功率增益得到数据符号的CINR。
进一步地，所述提取单元还用于划分子载波组后，将每个子载波组中包含的子载波划分为一个或多个子载波对，所述子载波组中的子载波属于一个子载波对或同时属于两个子载波对；所述计算单元采用下式计算子载波组的CINR：子载波组的CINR＝子载波组的信号功率/(子载波组的接收总功率-子载波组的信号功率)，其中：
所述子载波组的信号功率等于组内各子载波对的信号功率之和，所述计算单元采用下式计算组内子载波对的信号功率：2*|real(Y₁Y₂^*)|，其中，real表示取实部，Y₁为子载波对内第一个子载波所承载的前缀数据，Y₂为子载波对内第二个子载波所承载的前缀数据；
所述子载波组的接收总功率等于组内各子载波对的接收功率之和，所述计算单元采用下式计算组内子载波对的接收功率为|Y₁|²+|Y₂|²。
进一步地，所述功率增益为
采用本发明方法，计算得到的载波噪声干扰比更为准确，且实现简单，可以实时的反映信道的状况及质量。
附图说明
图1为系统流程图；
图2为下行前缀的基本结构图；
图3为前缀进行载波干扰噪声比估计的流程图；
图4为定义的一个载波组结构示意图。
具体实施方式
本发明考虑用前缀来进行载波干扰噪声比的估计，由于前缀子载波数量足够多，且无需信道估计，因此用前缀进行下行载波干扰噪声比的估计可以比较准确的反应出下行链路中紧接着前缀后面的符号的信道的状况及质量。
在下行链路中，每帧的第一个符号传输的是前缀子载波，前缀子载波一共有三种类型的载波集。每种前缀载波集被分配不同的子载波，用公式(1)定义：
PreambleCarrierset_n＝n+3·k       (1)
其中PreambleCarrierSet_n为分配给特定前缀的子载波，n是前缀载波集索引0、1、2。1024点FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)时，k的取值为0...283的整数，每个载波集包含284个子载波，在每个载波集中相邻两个子载波的序号相差2，如图2所示。
下行传输分为三个Segment(扇区)，每一个Segment中包含一个符号的前缀载波。每个Segment选择三个前缀载波集里的一个用于前缀，具体规则为：Segment0使用子载波集0；Segment1使用子载波集1；Segment2使用子载波集2。这样，每个Segment实际上都调制到一组以2个子载波为间隔的子载波上，如图2所示。
下行链路数据帧中包含前缀符号和数据符号，一个前缀符号由一个前缀子载波集组成，其中包含多个子载波，子载波集中子载波的个数取决于FFT的点数。本发明的发明构思是：终端UE接收到数据帧后，从中提取前缀符号，根据前缀符号中子载波承载的前缀数据计算前缀符号的总功率和信号功率，用所述前缀符号的总功率和信号功率计算前缀符号的CINR，根据前缀符号与数据符号的功率增益的关系，最终计算得到数据符号的CINR。
终端可定期进行CINR的计算，通常过几帧计算一次CINR，也可以根据基站的指示进行计算。
终端计算CINR的方法进一步包括：
终端将接收到的前缀符号中的多个子载波分为多个子载波组，每个子载波组中包含两个以上的子载波，每个子载波组中相邻子载波的频点相邻；终端根据某子载波组内各子载波上承载的前缀数据计算该子载波组的接收总功率、以及该子载波组的信号功率；终端根据所述总功率和信号功率计算该子载波组的CINR，将该子载波组的CINR作为前缀符号的CINR，或者将多个子载波组的CINR的平均值作为前缀符号的CINR；根据前缀符号与数据符号的功率增益关系，将前缀符号的CINR减去功率增益得到数据符号的CINR。
终端也可不进行子载波的分组，而直接挑选相邻的若干个(2或3或4个)子载波进行功率计算，将用该些子载波计算得到的CINR作为前缀符号的CINR。
终端优选将每个子载波组中包含的两个以上的子载波划分为一个或多个子载波对。通过各子载波对计算各子载波组的总功率和信号功率。
优选每个子载波组包括2-4个子载波。划分子载波对时，载波组中的子载波可以仅属于一个子载波对，或者同时属于两个子载波对，即任意两个相邻的子载波为一子载波对。如一个子载波组包括4个子载波，则可以分对如下，三个子载波对：{1，2}、{2，3}、{3，4}或两个子载波对{1，2}，{3，4}。
划分子载波对后，每个子载波对的接收功率为|Y₁|²+|Y₂|²，其中，Y₁为子载波对内第一个子载波所承载的前缀数据，Y₂为子载波对内第二个子载波所承载的前缀数据，所述子载波组的接收总功率为各子载波对的接收功率之和；其中，real表示取实部，所述子载波组的信号功率为各子载波对的信号功率之和。
实现上述方法的装置包括提取单元和计算单元，其中：
所述提取单元，用于从接收到的下行链路数据帧中提取前缀符号，将所述前缀符号发送给所述计算单元；
所述计算单元，用于根据所述前缀符号中子载波承载的前缀数据计算前缀符号的总功率和信号功率，根据计算得到的所述前缀符号的总功率和信号功率计算前缀符号的载波干扰噪声比(CINR)，以及根据前缀符号与数据符号的功率增益的关系，计算得到数据符号的CINR。
优选地：
所述提取单元还用于将所述前缀符号中的多个子载波分为一个或多个子载波组，每个子载波组中包含2个或3个或4个子载波，所述子载波组中相邻子载波的频点相邻，将子载波以子载波组为单位发送给所述计算单元；
所述计算单元还用于根据子载波组内各子载波上承载的前缀数据计算所述子载波组的接收总功率以及所述子载波组的信号功率，根据所述子载波组的总功率和信号功率计算所述子载波组的CINR，将所述子载波组的CINR作为所述前缀符号的CINR，或者将多个子载波组的CINR的平均值作为所述前缀符号的CINR；以及根据前缀符号与数据符号功率增益的关系，用所述前缀符号的CINR减去所述功率增益得到数据符号的CINR。
优选地：
所述提取单元还用于划分子载波组后，将每个子载波组中包含的子载波划分为一个或多个子载波对，所述子载波组中的子载波属于一个子载波对或同时属于两个子载波对；
所述计算单元采用下式计算子载波组的CINR：子载波组的CINR＝子载波组的信号功率/(子载波组的接收总功率-子载波组的信号功率)，其中：
所述子载波组的信号功率等于组内各子载波对的信号功率之和，所述计算单元采用下式计算组内子载波对的信号功率：2*|real(Y₁Y₂^*)|，其中，real表示取实部，Y₁为子载波对内第一个子载波所承载的前缀数据，Y₂为子载波对内第二个子载波所承载的前缀数据；
所述子载波组的接收总功率等于组内各子载波对的接收功率之和，所述计算单元采用下式计算组内子载波对的接收功率为|Y₁|²+|Y₂|²。
下面结合附图和实施例详细阐述本发明。
以1024点的FFT为例进行说明，具体实施过程如图3所示，包括如下步骤：
步骤1，从前缀中选取多个子载波组，每个载波组包含三个子载波，相邻的两个子载波构成一个子载波对，因此，每个载波组中有两个子载波对；
本实施例以每个载波组包含3个子载波为例进行说明，在其他实施例中，也可以是只包含2个子载波或者包含4个子载波。取2-4个子载波为一载波组，频点相差较小，相关性比较好，估计结果较为准确。设每个载波组包含n个子载波，若子载波集包含的子载波总数不能整除n，则余下的子载波为一组。
上述选取子载波对的方法，由于频点相邻，相关性更强，最后估算的结果将更为准确。如果一个载波组包含4个子载波：1、2、3、4，则也可以子载波1和2构成一个子载波对，子载波3和4构成一个子载波对。
步骤2，以子载波组为单位，分别计算所选取的子载波组中位于相同符号不同频点的两对子载波的总功率；
设第i个前缀子载波上传输的数据为S_i(i＝0，1，...283)，对应的信道频域响应为H_i，则接收的前缀子载波上的数据Y_i可以表示为：
Y_i＝H_i*S_i+N_i    (2)
其中，N_i表示该接收的前缀子载波上叠加的噪声。选取前缀载波集0的三个相邻子载波Y_i，Y_i+1，Y_i+2为一个子载波组，每个载波组中包含两个子载波对，其中Y_i，Y_i+1为第一个子载波对，Y_i+1，Y_i+2为第二个子载波对，如图4所示。采用此种子载波对的划分方法得到的功率仿真后证明较为准确。
第一子载波对Y_i，Y_i+1的接收功率是|Y_i|²+|Y_i+1|²，第二子载波对Y_i+1，Y_i+2的接收功率是|Y_i+1|²+|Y_i+2|²，则一个载波组接收到的总功率记为：
P＝|Y_i|²+|Y_i+1|²+|Y_i+1|²+|Y_i+2|²＝|Y_i|²+2|Y_i+1|²+|Y_i+2|²    (3)
步骤3，以子载波组为单位，分别估算所选取的子载波组中位于相同符号不同频点的两对子载波的信号功率；
第一个子载波对Y_i，Y_i+1^*的乘积表示如下：
Yi·Yi+1*=(HiSi+Ni)(Hi+1Si+1+Ni+1)*]]>                           (4)
=HiSiSi+1Hi+1*+HiSiNi+1*+NiSi+1Hi+1*+NiNi+1*]]>
第二个子载波对Y_i+1，Y_i+2的乘积为：
Yi+1Yi+2*=(Hi+1Si+1+Ni+1)(Hi+2Si+2+Ni+2)*]]>               (5)
=Hi+1Si+1Si+2Hi+2*+Hi+1Si+1Ni+2*+Ni+1Si+2Hi+2*+Ni+1Ni+2*]]>
对于相邻的子载波对，忽略频率选择性衰落的影响，即假设H_i＝H_i+1＝H，实际信号功率不能通过公式直接的求出，于是需要估计实际信号功率，记实际信号功率的估算值为
P~c=2*[|real(Yi·Yi+1*)|+|real(Yi+1·Yi+2*)|]]]>
=2*[|real(|H|2SiSi+1+HSiNi+1*+NiSi+1H*+NiNi+1*)|]+]]>
2*[|real(|H|2Si+1Si+2+HSi+1Ni+2*+Ni+1Si+2H*+Ni+1Ni+2*|]]]>(6)
=2*|real(|H|2SiSi+1)|+2*real(|H|2Si+1Si+2)|+U+V]]>
其中real表示取实部。
假设干扰和噪声都是高斯分布，U=HSiNi+1*+NiSi+1H*+NiNi+1*,]]>V=HSi+1Ni+2*+Ni+1Si+2H*+Ni+1Ni+2*]]>是几个零均值高斯变量的累加，可认为其近似结果为零。
所以，|real(YiYi+1*)|≈|H|2SiSi+1=|HSi|2]]>(7)
可见，信号功率|HS_i|²与|real(Y_iY_i+1^*)|两者是等价的。
因此一个载波组的实际信号功率为：
P~c=2*|real(YiYi+1*)|+2*|real(Yi+1Yi+2*)|.]]>
步骤4，利用得到的子载波组中的前缀接收的总功率和估算的信号功率，计算前缀载波上的载波干扰噪声比。

=2*[|real(Yi·Yi+1*)|+|real(Yi+1·Yi+2*)|]|Yi|2+2|Yi+1|2+|Yi+2|2-(2*[|real(Yi·Yi+1*)|+|real(Yi+1·Yi+2*)|])]]>(8)
其中i表示i个前缀子载波。
上述公式(8)为针对一个子载波组的载波干扰噪声比，为了结果更为准确，可对多个子载波组的载波干扰噪声比统计平均。
步骤5，根据前缀的载波干扰噪声比，得出数据的载波干扰噪声比。

802.16e协议规定，下行链路中，前缀载波调制是根据公式(9)：
Re{PreamblePilotsModulated}=4·2(12-wk)]]>(9)
Im{PreamblePilotsModulated}＝0
前缀子载波比数据子载波的发射功率高10log10(22)21≈9dB,]]>所以用前缀估计的载波干扰噪声比应该比实际的数据载波干扰噪声比高9dB的功率增益。
上述实施例以1024点FFT为例进行说明，根据协议，如果FFT点数是2048的话，公式(1)中k的取值就是0～567，每个载波集就包含568个子载波；如果FFT点数是512的话，公式(1)中k的取值就是0～142，每个载波集就包含143个子载波，对CINR的计算无影响。
本发明通过简单的运算，准确的计算出前缀的载波干扰噪声比，从而得出数据的载波干扰噪声比。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。