一种移动通信系统中的信噪比估计方法及其系统
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种移动通信系统中的信噪比估计方法及其系统。
背景技术
在第三代移动通信系统中，为了提供更高速率的上行分组业务，提高频谱利用效率，3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代伙伴组织计划)在WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址接入)和TD-CDMA(Time Division-Code Division Multiple Access，时分-码分多址)系统的规范中引入了HSDPA(High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入)技术和HSUPA(High Speed Uplink Packet Access，高速上行分组接入)特性，即上行增强特性。
由于高阶正交幅度调制MQAM(Multiple Quadrature AmplitudeModulation，多重星座调制)具有较高频带利用率的调制技术，使用高阶正交幅度调制方式携带更多的数据可以提供更大的业务量，有着广泛的应用场景。在高速数字通信系统中，为了获得更高的信道频带效率，常常采用MQAM调制方式。特别是引进一些可以降低用户所需发射功率的先进技术，比如智能天线后的TDD(Time Division Duplex，时分双工)系统，利用高阶正交幅度调制方式会有增益。此外，对于使用单码的高阶正交幅度调制和多码的低阶调制两种方式来传输同样的数据量，前者发射功率的PAR(Peak to Average Ratio，峰均比)要小于后者。
QAM(quadrature amplitude modulation，正交振幅调制)是用数字信号去调制载波的幅度和相位，使载波的幅度和相位受控于数字信号，常用有16QAM、32QAM、64QAM等。这种调制由于载波的幅度和相位都带有信息，所以它比QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，四相移键控)方式所能传输的数码率高。MQAM(Multiple Quadrature Amplitude Modulation，多重星座调制)是一种幅度和相位结合的调制方式，MQAM技术在带宽利用率上比QPSK更有效，因而采用MQAM调制有利于节省带宽资源。
因此，根据系统性能的要求，TD-SCDMA系统中HSUPA/HSDPA通过提供高速数据传输速率来增强3G(3rd Generation Partnership Project，第三代伙伴组织计划)系统的性能，引入16QAM调制方式改善系统性能。
在名称为“TS 25.223 Spreading and modulation(TDD)，V4.5.0，3GPP(Technical Specification 25.223 Spreading and modulation(Time DivisionDuplex))，3G时分双工技术规范25.223扩展和调制”的文献中，描述了MQAM是一种幅度和相位相结合的方式，也就是除了在相位上有变化，在幅度上也是不同的，接收端的符号幅度的变化不仅仅是噪声带来的影响，还有符号本身幅度的变化，这就给接收端的解调信噪比估计带来一定的难度。而在现有技术中，没有一种有效的MQAM信噪比估计方案。
综上可知，现有的MQAM信噪比估计存在缺陷，在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种移动通信系统中的信噪比估计方法及其系统，以实现在通信系统采用MQAM调制方式时，在接收端的信噪比估计，以及进一步的实现对接收端的信噪比估计的修正。
为了实现上述目的，本发明提供一种移动通信系统中的信噪比估计方法，包括：
A.将在移动通信系统中通信网络建立时，按照M阶正交振幅调制星座图联合检测输出的符号进行解调以及硬判决；
B.在对所述联合检测输出的符号进行解调以及硬判决之后，计算所述联合检测输出的每个符号对应的比特在M阶正交振幅调制星座图上对应点的模值；
C.利用所述联合检测输出的每个符号对应的比特在M阶正交振幅调制星座图上对应点的模值，对所述联合检测输出的符号进行幅度的归一化；
D.计算所述移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率；
E.估计所述联合检测输出的符号的信噪比。
根据本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计方法，所述步骤E之后还包括：
F.对估计的所述联合检测输出的符号的信噪比进行修正。
根据本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计方法，在所述步骤A中，按照M阶正交振幅调制星座图对联合检测出的符号![]()
(n＝1，2，......，N)进行M阶正交振幅调制的解调制以及硬判决，其中，一个符号![]()
对应K个连续的比特 b 1 , n ( k , i ) b 2 , n ( k , i ) b 3 n ( k , i ) b 4 , n ( k , i ) . . . . . . b K , n ( k , i ) , ]]>其中，K＝log2M；
在所述步骤C中，利用所述联合检测输出的每个符号硬判决后对应的模值对所述联合检测输出的符号进行幅度的归一化，其计算式为： s n = s n ′ / E n symbol ; ]]>
在所述步骤D中，计算所述移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率；其中信号功率是对步骤C中归一化处理的符号的模值进行求平均s， s ‾ = 1 N Σ n = 1 N | | s n | | , ]]>其中N是符号个数；干扰I由式： I = 1 N Σ n = 1 N ( | | s n | | - s ‾ ) 2 ]]>计算；
在所述步骤E中，估计所述联合检测输出的符号的信噪比是通过式 SNR est = ( s ‾ ) 2 I ]]>计算。
根据本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计方法，在所述步骤F中，对估计所述联合检测输出的符号的信噪比进行修正通过式 SNR = χ cor ′ * SNR est ]]>计算；其中，修正因子![]()
由式： χ cor ′ = f cor ′ ( SNR est ) ]]>计算，其中，
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根据本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计方法，所述M阶正交振幅调制是16阶正交振幅调制；
所述移动通信系统包括码分多址系统、宽带码分多址接入系统、时分-码分多址系统。
为了实现本发明的另一目的，本发明提供一种移动通信系统中的信噪比估计的系统，包括：
解调及硬判决模块，用于将在移动通信系统中通信网络建立时，按照M阶正交振幅调制星座图联合检测输出的符号进行解调以及硬判决；
模值计算模块，用于在对所述联合检测输出的符号进行解调以及硬判决之后，计算所述联合检测输出的每个符号对应的比特在M阶正交振幅调制星座图上对应点的模值；
幅度归一化模块，用于利用所述联合检测输出的每个符号对应的比特在M阶正交振幅调制星座图上对应点的模值，对所述联合检测输出的符号进行幅度的归一化；
功率计算模块，用于计算所述移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率；
估计模块，用于估计所述联合检测输出的符号的信噪比。
根据本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计系统，所述系统还包括：
修正模块，用于对估计的所述联合检测输出的符号的信噪比进行修正。
根据本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计系统，所述解调及硬判决模块是按照M阶正交振幅调制星座图对联合检测出的符号![]()
(n＝1，2，......，N)进行M阶正交振幅调制的解调制以及硬判决，其中，一个符号![]()
对应K个连续的比特 b 1 , n ( k , i ) b 2 , n ( k , i ) b 3 n ( k , i ) b 4 , n ( k , i ) . . . . . . b K , n ( k , i ) , ]]>其中，K＝log2M；
所述功率计算模块利用利用所述联合检测输出的每个符号硬判决后对应的模值对利用所述联合检测输出的符号进行幅度的归一化，其计算式为： s n = s n ′ / E n symbol ; ]]>
所述功率计算模块计算所述移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率；其中信号功率是归一化处理的符号的模值进行求平均s， s ‾ = 1 N Σ n = 1 N | | s n | | ; ]]>其中N是符号个数：；干扰I由式： I = 1 N Σ n = 1 N ( | | s n | | - s ‾ ) 2 ]]>计算；
所述估计模块估计所述联合检测输出的符号的信噪比SNR是通过式 SNR est = ( s ‾ ) 2 I ]]>计算。
根据本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计系统，所述修正模块对所述联合检测输出的符号的信噪比进行修正通过式 SNR = χ cor ′ * SNR est ]]>式计算；其中，修正因子![]()
由式： χ cor ′ = f cor ′ ( SNR est ) ]]>计算， χ cor ′ = f cor ′ ( SNR est ) ]]>计算，其中，
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根据本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计系统，所述M阶正交振幅调制是16阶正交振幅调制；
所述移动通信系统包括码分多址系统、宽带码分多址接入系统、时分-码分多址系统。
本发明在移动通信系统采用MQAM调制方式时，先将利用MQAM调制星座图联合检测输出的符号进行解调以及进行硬判决；之后，计算硬判后比特在星座图上对应点的模值，利用每个符号判决后对应的模值对各个符号进行幅度的归一化，再计算出信号功率和噪声功率，从而获得信噪比，最后对该信噪比进行修正，最终得到准确率较高的信噪比估计值。通过本发明能够准确地估计出在移动通信系统采用MQAM调制方式时，符号上的信噪比，提高了信噪比估计的准确性和有效性，在一定程度上降低了系统干扰，增加了用户容量，为移动通信系统中进行有效的功控和准确的测量，奠定了良好的基础。
附图说明
图1是本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计系统结构示意图；
图2是本发明中使用的16阶正交振幅调制星座图；
图3是本发明中16阶正交振幅调制符号的映射关系表；
图4是本发明的一个实施例中的移动通信系统中的信噪比估计系统结构示意图；
图5是本发明一个实施例中对符号的信噪比进行修正过程中计算校正因子所对应的多项式系数列表；
图6是本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的基本思想是：在移动通信系统采用MQAM调制方式时，先将利用MQAM调制星座图联合检测输出的符号进行解调以及进行硬判决；之后，计算硬判后比特在星座图上对应点的模值，利用每个符号判决后对应的模值对各个符号进行幅度的归一化，再计算出信号功率和噪声功率，从而获得移动通信网络的信噪比。
图1是本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计系统结构示意图，该移动通信系统中的信噪比估计系统1包括：
解调及硬判决模块11，用于将在移动通信系统中通信网络建立时，按照M阶正交振幅调制星座图联合检测输出的符号进行解调以及硬判决；
模值计算模块12，用于在对所述联合检测输出的符号进行解调以及硬判决之后，计算所述联合检测输出的每个符号对应的比特在M阶正交振幅调制星座图上对应点的模值；
幅度归一化模块13，用于利用所述联合检测输出的每个符号对应的比特在M阶正交振幅调制星座图上对应点的模值，对所述联合检测输出的符号进行幅度的归一化；
功率计算模块14，用于计算所述移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率；
估计模块15，用于估计所述联合检测输出的符号的信噪比。
对于移动通信系统中的调制方式存在多种，由于16阶正交振幅调制在通信上存在优越性，本发明的一个实施例中，描述在移动通信系统中的调制方式采用的是16阶正交振幅调制方式时，对移动通信网络信号的信噪比的估计方式。
图2是本发明中使用的16阶正交振幅调制星座图；该16阶正交振幅调制星座图中的16个样点表示这是16QAM信号。星座图里每个样点表示一种状态。16QAM有16态，每4位规定16态中的1态。16QAM中规定了16种载波幅度和相位的组合。16QAM的每个符号或周期传送4位比特。解调器根据星座图及接收到的载波信号的幅度和相位来判断发送端发送的信息比特。
图3是本发明中16阶正交振幅调制符号的映射关系表；从表中可知，复数符号的模值![]()
分别为![]()
平均s的计算过程如下：
首先，解调及硬判决模块11采用硬解调方法解出每个符号相应的4个比特，利用所述解调及硬判决模块11采用硬解调方法解出每个符号的4个比特值，模值计算模块12可以计算出每个符号对应的模值；进一步的，幅度归一化模块13利用模值对该符号进行归一化处理；计算式为： s n = s n ′ / E n symbol . ]]>
然后，由功率计算模块14对归一化处理的符号的模值进行求平均：计算式 s ‾ = 1 N Σ n = 1 N | | s n | | , ]]>N代表符号个数。干扰I由式： I = 1 N Σ n = 1 N ( | | s n | | - s ‾ ) 2 ]]>计算；从而获得所述移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率。
接着，由估计模块15估计所述符号的SIR(Signal to Interference Ratio，信噪比)。SNR(signal to noise，信噪比)的计算采用式： SNR est = ( s ‾ ) 2 I . ]]>
图4是本发明的一个实施例中的移动通信系统中的信噪比估计系统结构示意图，与图1所示的移动通信系统中的信噪比估计系统1不同的是，该移动通信系统中的信噪比估计系统1还包括：修正模块16，用于对估计的所述联合检测输出的符号的信噪比进行修正。修正模块16通过式 SNR = χ cor ′ * SNR est ]]>对符号的信噪比进行修正；校正因子![]()
取决于估计的SIR，由式： χ cor ′ = f cor ′ ( SNR est ) ]]>计算；![]()
由仿真给出，由下面的多项式近似：
![]()
其中，多项式系数ck如图5所示的多项式系数列表中对应选取。
图6是本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计方法流程图，所述方法通过图1或图4所示的移动通信系统中的信噪比估计系统1来实现，该方法具体包括：
步骤S601，解调及硬判决模块11将在移动通信系统中通信网络建立时，按照M阶正交振幅调制星座图联合检测输出的符号进行解调以及硬判决；联合检测输出的符号代表当前移动通信网络当前的某一状态。在本发明的一个实施例中是按照M阶正交振幅调制星座图联合检测输出的符号进行解调以及硬判决，所述M阶正交振幅调制是高阶正交振幅调制，包括16QAM、32QAM、64QAM等。
步骤S602，模值计算模块12在对所述联合检测输出的符号进行解调以及硬判决之后，计算所述联合检测输出的每个符号对应的比特在M阶正交振幅调制星座图上对应点的模值；
步骤S603，幅度归一化模块13利用所述联合检测输出的每个符号对应的比特在M阶正交振幅调制星座图上对应点的模值，对所述联合检测输出的符号进行幅度的归一化；
步骤S604，功率计算模块14计算所述移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率；计算移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率，进一步的为在下一步骤中能够获得通信网络的信噪比。
步骤S605，估计模块15估计所述联合检测输出的符号的信噪比。估计所述联合检测输出的符号的信噪比，该符号的信噪比就代表了当前移动通信系统中通信网络状态下的信噪比。
在本发明的另一个实施例中，所述步骤S605之后还包括：修正模块16对估计的所述联合检测输出的符号的信噪比进行修正的步骤。通过这一步骤，能够准确的修正步骤S605中计算获取的移动通信网络的信号的信噪比。为后续的通信服务提供参考数据。
在本发明的一个实施例中，在所述步骤S601中，解调及硬判决模块11按照16阶正交振幅调制星座图对联合检测出的符号![]()
(n＝1，2，......，N)进行16阶正交振幅调制的解调制以及硬判决，其中，一个符号![]()
对应K个连续的比特 b 1 , n ( k , i ) b 2 , n ( k , i ) b 3 n ( k , i ) b 4 , n ( k , i ) . . . . . . b K , n ( k , i ) , ]]>其中，K＝log2M；在本实施例中M＝16，所以是4个连续的比特 b 1 , n ( k , i ) b 2 , n ( k , i ) b 3 n ( k , i ) b 4 , n ( k , i ) ; ]]>
在所述步骤S603中，幅度归一化模块13利用所述联合检测输出的每个符号硬判决后对应的模值对所述联合检测输出的符号进行幅度的归一化，其计算式为： s n = s n ′ / E n symbol ; ]]>
在所述步骤S604中，功率计算模块14计算所述移动通信系统中通信网络的信号功率和噪声功率；其中信号功率是对步骤S603中幅度归一化模块13归一化处理的符号的模值进行求平均s， s ‾ = 1 N Σ n = 1 N | | s n | | , ]]>其中N是符号个数；干扰I由式： I = 1 N Σ n = 1 N ( | | s n | | - s ‾ ) 2 ]]>计算；
在所述步骤S605中，估计所述联合检测输出的符号的信噪比SNRest是通过式 SNR est = ( s ‾ ) 2 I ]]>计算。
在本发明的另一个实施例中，对估计所述联合检测输出的符号的信噪比进行修正的步骤中，对估计所述联合检测输出的符号的信噪比进行修正通过式 SNR = χ cor ′ * SNR est ]]>计算；其中，修正因子![]()
由式： χ cor ′ = f cor ′ ( SNR est ) ]]>计算，其中，
![]()
在上述多个实施例中，所述M阶正交振幅调制采用16阶正交振幅调制方式进行说明，本领域的技术人员不难通过本发明的描述得出采用其他高阶正交振幅调制方式实现本发明，因此在此不再赘述。
本发明提供的信噪比估计的方法及系统适用于的移动通信系统包括CDMA(code division multiple access，码分多址)系统、WCDMA系统、TD-SCDMA系统。上述三种移动通信系统是现在3G网络的主流，想必在未来的不远的时期中，本发明提供的移动通信系统中的信噪比估计的方法及系统，能够为这三种采用MQAM调制方式的移动通信系统实现较好的信噪比估计的方案。
本发明在移动通信系统采用MQAM调制方式时，先将利用MQAM调制星座图联合检测输出的符号进行解调以及进行硬判决；之后，计算硬判后比特在星座图上对应点的模值，利用每个符号判决后对应的模值对各个符号进行幅度的归一化，再计算出信号功率和噪声功率，从而获得信噪比，最后对信噪比该信噪比进行修正，最终得到准确率较高的信噪比估计值。通过本发明能够准确地估计出在移动通信系统采用MQAM调制方式时，符号上的信噪比，提高了信噪比估计的准确性和有效性，在一定程度上降低了系统干扰，增加了用户容量，为移动通信系统中进行有效的功控和准确的测量，奠定了良好的基础。
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和变形，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。