本发明涉及无线通信技术领域， 尤其涉及的是一种多径衰落信道下抑 制衰落影响的信噪比估计方法与装置。 背景技术

在移动通信中， 信道的信噪比估计是一个很重要的技术。 功率控制、 自适应传输、 小区切换、 动态信道分配、 空间分集合并等都需要快速、 准 确的估计出信道的信噪比（SNR )。 特别是对于高铁环境的多载波联合应用 下， 信噪比估计的准确性就更加重要。

目前的信噪比的估计方法主要有以下几种， 第 1 种是利用解调信号的 星座分布来计算， 但是此种方法估计的准确度不够高； 第 2种是建立误码 率与信噪比的函数关系， 利用此函数关系， 根据误码率来映射出信噪比， 此种方法需要建立函数关系曲线， 实际应用时一般通过查表来实现， 会使 复杂度大大提高， 同时由于无线环境是多变的， 建立的误码率与信噪比的 函数关系曲线也往往很难跟踪上复杂无线环境 的快速变化， 另外， 这种方 法估计的准确度也不是很高； 第 3种是通过信号的二阶矩和四阶矩进行估 计， 但是此方法估计的准确度不高。

以上方法， 对于符号间干扰（ISI, Inter Symbol Interference )信道的估 计准确度更低， 而且波动性比较大， 并且无法克服信道的衰落影响。 发明内容

本发明提供一种信噪比估计的方法与装置， 用以解决现有信噪比估计 方法中存在的准确度不高、 计算复杂度高以及受无线信道衰落影响大的问 本发明方法包括一种信噪比估计方法， 该方法包括：

获取训练信号经信道传输后得到的接收信号；

对所述信道进行信道估计；

根据信道估计结果， 对训练信号经所述估计的信道传输后的信号进 行 重构， 得到重构信号；

根据得到的重构信号及所述接收信号， 利用服从高斯分布的噪声信号 的实部分量和虚部分量的联合分布概率密度函 数， 采用最大似然准则确定 出接收信号功率最大似然估计值 、 噪声信号功率最大似然估计值 ^ 分 别与重构信号和接收信号的关系， 得到 _ML 和 i _ML ；

根据得到的S _ML 和 确定出信噪比的最大似然估计值。

上述方案中， 所述确定 _Ζ 、 ^ 分别与重构信号和接收信号的关系， 为：

确定服从高斯分布的噪声信号的实部分量和虚 部分量的联合分布概率 密度函数；

根据重构信号、接收信号功率 5、 噪声信号、 噪声信号功率 N与接收信 号之间的关系， 将联合分布概率密度函数中的噪声信号的实部 分量和虚部 分量采用重构信号、 接收信号、 S和 N表示， 得到接收信号相对 S和 N的条 件分布概率密度函数；

根据所述条件分布概率密度函数得到关于 S和 N的似然函数；

根据关于 5和 的似然函数，采用最大似然准则确定 _Ζ 、 ^ 分别与重 构信号和接收信号的关系。

上述方案中，所述重构信号、 s、噪声信号、 N与接收信号之间的关系， 为：

rk = ^ ( ^m i _t + J ^m Q _t ) + VN (¾ + jZ _Q ) 其中， ^为接收信号的第 个采样值， m 、 _a 分别为重构信号第 个 采样值的实部和虚部， 、 _¾ 分别为将噪声信号进行功率归一化处理后 得 到的第 个采样值的实部和虚部；

由噪声信号服从高斯分布， 确定噪声信号的实部分量 和虚部分量 _¾ 的联合分布概率密度函数具体为： ，¾ ^k ' πΝ

上述方案中，所述根据所述条件分布概率密度 函数得到关于 S和 N的似 然函数， 包括：

对所述条件分布概率密度函数取对数， 得到关于 S和 N的对数似然函 数；

所述采用最大似然准则确定 _ML 、 N _ML 分别与重构信号和接收信号的关 系， 包括：

对所述关于 S和 N的对数似然函数， 分别对 S和 N求偏导， 确定使偏导 结果等于零的 S和 W为 ^ 和^^ , 确定 、 分别与重构信号和接收信 号的关系；

或者， 利用牛顿迭代法\拉格朗日法， 对所述关于 S和 N的对数似然函 数进行求解， 确定 _Z 、 ^ 分别与重构信号和接收信号的关系。

上述方案中， 所述 ,、 _Μ ,分别与重构信号和接收信号的关系为：

1 κ-ι 1 κ-ι 其中， 为接收信号的采样值总数, 、 ^Γ ί Qt分别为接收信号第 个采样 上述方案中， 所述根据信道估计结果， 对训练信号经所述估计的信道 传输后的信号进行重构， 得到重构信号， 包括：

将训练信号和所述估计的信道进行卷积 , 得到重构信号。

本发明提供的一种信噪比估计装置， 该装置包括： 信号获取模块、 信 道估计模块、 重构信号模块、 最大似然估计模块、 信噪比模块； 其中， 信号获取模块， 用于获取训练信号经信道传输后得到的接收信 号； 信道估计模块， 用于对所述信道进行信道估计；

重构信号模块， 用于根据信道估计结果， 对训练信号经估计的信道传 输的信号进行重构， 得到重构信号；

最大似然估计模块， 用于根据得到的重构信号及所述接收信号， 利用 服从高斯分布的噪声信号的实部分量和虚部分 量的联合分布概率密度函 数， 采用最大似然准则确定出接收信号功率最大似 然估计值 、 噪声信号 功率最大似然估计值 & _ML 分别与重构信号和接收信号的关系， 得到 _ML 和 N _ML ;

信噪比模块， 用于根据得到的 和 _ML 确定出信噪比的最大似然估计 值。

本发明有益效果如下：

本发明信噪比估计的方法相对简单， 计算复杂度低， 估计准确度高， 受无线信道的衰落影响小， 特别是在信道估计特别准确的条件下， 本发明 方法能够最大程度的消除信道的衰落影响；

本方法对基于最优信噪比准则下的多射频通道 中良好射频通道的选择 具有重要的意义， 对基于信噪比估计进行的自适应速率传输模式 的准确调 整也具有特别重要的意义； 在通信系统中需要估计信噪比、 需要估计噪声 功率的应用下， 本发明方法都可以得到很好的应用。 附图说明

图 1为本发明提供的信噪比估计方法流程图；

图 1为本发明提供的一种在 TU3信道中发送 GMSK调制信号的信噪比 估计方法流程图；

图 3为本发明提供的信噪比估计装置结构图；

图 4为本发明提供的一种接收机估计信噪比的装� �；

图 5为本发明的一种在手机上行速率传输模式调� �中的应用流程图。 具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提出的信噪比 估计方法和装置进行更 评细的说明。

本发明的信噪比估计方法， 如图 1所示， 该方法包括以下步驟： 步驟 S101 , 获取训练信号经信道传输后得到的接收信号。

步驟 S102 , 对所述信道进行信道估计。

此处对所述信道进行估计具体可以采用现有方 法， 这里不作限制， 但 是需要特别指出的是， 信道估计与理想信道估计（不考虑噪声 )之间的误 差越小， 本发明最终得到的信噪比估计的误差也就越小 。

步驟 S103 , 根据信道估计结果， 对训练信号经过估计的信道传输后的 信号进行重构。

步驟 S104, 根据得到的重构信号及所述接收信号， 利用服从高斯分布 的噪声信号的实部分量和虚部分量的联合分布 概率密度函数， 采用最大似 然准则确定出的接收信号功率最大似然估计值 、 噪声信号功率最大似然 估计值 & _ML 分别与重构信号和接收信号的关系， 得到 和 _ML 。

步驟 S105 , 根据得到的 角定出信噪比的最大似然估计值。 本发明利用噪声信号服从高斯分布的特性， 可以得到噪声信号的实部 分量和虚部分量的联合分布概率密度函数， 而由于重构信号、 接收信号功 率 5、 噪声信号、 噪声信号功率 N与接收信号之间存在特定的关系， 因此可 以利用该特定关系推导出接收信号相对 S和 N的条件分布概率密度函数以 及关于 S和 N的似然函数，再进一步可以采用最大似然准� �确定出 、 N _ML 分别与重构信号和接收信号的关系。

因此， 采用高斯函数可以唯一确定噪声信号的实部分 量和虚部分量的 联合分布概率密度函数， 再由最大似然准则确定出的接收信号功率最大 似 然估计值 ^、 噪声信号功率最大似然估计值 ^分别与重构信号和接收信 号的关系也是确定的， 因此， 本发明的信噪比估计方法相对简单、 计算复 杂度低， 准确度高， 尤其是在信道估计准确的条件下， 本方法能够较好地 消除信道的衰落影响。

优选地， 可应用重构信号、 接收信号功率 5、 噪声信号、 噪声信号功率 Ν与接收信号之间的关系， 将已确定的联合分布概率密度函数中的噪声信 号的实部分量和虚部分量采用重构信号、接收 信号、 S和 N表示， 得到接收 信号相对 S和 N的条件分布概率密度函数， 以及关于 S和 N的似然函数， 再 进一步可以采用最大似然准则确定出 _ML 、 分别与重构信号和接收信号 的关系。

其中， 应用最大似然准则确定出接收信号功率最大似 然估计值 和噪 声信号功率最大似然估计值^ ^， 以及由此确定出信噪比的最大似然估计值 的具体方法， 可具体包括以下步驟：

步驟 S1 , 发送端发送训练信号 , 其中 = (x。 … x^ ) , 并使用 χ 表示该训练信号 中的第 个采样值， 为训练信号的长度，即采样值总数。

步驟 S2 ,接收机获取训练信号 及其经信道传输后得到的接收信号 , 其中 ? = (r。 r, ■■■ Γ _Κ _, ) , 并使用 ^表示该接收信号 中的第 个采样值。

步驟 S3 , 设信道 h有 + 1个抽头， 进行信道估计， 估计的信道结果为 h, 且满足 |h| ₂ =l, 即信道估计的总能量为 1, 则将估计的信道 h和训练信 号进行卷积， 可得到重构信号的采样值， 表示如下， Xk-l ¾-z) ^h ( 1 )

公式（ 1 )中， 为重构信号的第^:个采样值，（ … χ— J对应 + 1 个信道抽头的训练信号采样值， h = {h ₀ ■■■ A f对应 + 1个信道抽头。

步驟 S4, 对于接收信号采样值 , 建立公式（2)所述的复数模型， 用 以确定 ^与重构信号 、 S、 噪声信号、 N之间的关系，

= ^r + _Qt + jm _Qt ) + N + jz _t (2) 在公式（ 2 )中 ^r 、 ^r i Qt分别为接收信号采样值 ^的实部和虚部， m m 分别为重构信号采样值 的实部和虚部， _¾ 、 _¾ 分别为将噪声信号进行功 率归一化处理后得到的第 个采样值的实部和虚部。

步驟 S5, 令 =7^ _¾ , _¾ = i^ _¾ 分别为噪声信号的实部分量和虚部 分量， 由于它们服从均值为 0,方差为 N/2的高斯分布，可确定出 和¾的 联合分布概率密度函数为

，¾J = (3) πΝ

步驟 S6, 由公式（2)和（3), 推导出 ^的实部 、 虚部 对于 S、 N 的条件分布概率密度函数为

步驟 S7, 由公式 （4), 推导出接收信号 相对 S、 N的条件分布概率 密度函数为 iV,r _e I S,N) = n/k'¾ I S,N) = (π _Ν γ ^Κ +∑(¾ Q _k , 在公式（5) 中， 、 分别为接收信号 的实部和虚部，并且

步驟 S7, 对公式（5)的条件分布概率密度函数取对数， 得到关于 S和 N的对数似然函数为， r(5,N) = ln (r ₇ ,r _e |5,N) =

步驟 S8, 对公式（6)的对数似然函数， 分别对 S和 N求偏导， 得到以 下似然方程，

=0 (7)

N=N _U

—T(S,N) =0 (8)

N=N _U 在公式（7)、 (8)中， _ML 、 分别为接收信号功率 S和噪声信号功率

N的最大似然估计值。

步骤 S9, 计算以上似然方程（7)和 （8) 的结果， 确定^ ^、 _/£ 分别 与重构信号和接收信号的关系为公式（9)、 ( 10)所示的 ^、 N _ML ,

步驟 S10, 利用公式（9)、 ( 10) 中的 与^^ 根据公式（11 )得到 信噪比的最大似然估计值， SNR、„ = ( 11 ) 优选地， 计算步驟 S203中的信道估计 h, 本发明可以采用现有方法， 例如可以采用 LS最小二乘算法 \LMMSE最小均方误差算法等信道估计方 法， 本发明不局限于使用这两种信道估计算法。 需要指出的是， 此处的信 道估计与理想信道估计 （不考虑噪声）之间的误差越小， 本发明最终得到 的信噪比估计的误差也就越小。 优选地， 由关于 S和 N的对数似然函数，得到^ ^和 ^^分别与重构信号 和接收信号的关系的方法， 还可以使用牛顿迭代法\拉格朗日法等自适应� � 解方法， 本发明对求最大似然值^^和^^的方法不做具体� �限制。

图 2所示为本发明提供的一种在 TU3无线信道中发送 GMSK高斯滤波 最小频移键控调制信号的信噪比估计方法， 包括以下步驟：

步驟 S201 , 由发送端发送训练信号 Χ= (χ。 · · · χ _κ _ _γ ) , 在经过信道 h 传输后， 接收信号为 ? = (r。 r _x ··· J。

步驟 S202, 通过 LS算法或 LMMSE算法等信道估计方法求解得到信 道估计 S。

步驟 S203 , 计算重构信号的采样值为 m. ：

步驟 S204,对于接收信号采样值 建立以下复数模型， 确定 ^与重构 信号采样值 、 S、 噪声信号、 N之间的关系，

r _k = ^r + _Qk = ^S ( ^m + J ) + (z + jz _Qt )

步驟 S205, 根据得到的重构信号 及接收信号采样值 r _t 的复数模型， 利用已经确定的接收信号功率最大似然估计值 、 噪声信号功率最大似然 估计值 _Mr 分别与重构信号和接收信号的关系式， 计算出 、 N _MJ 如下

1 1 κ-ι 、

+ + m,

=0

步驟 S206, 计算 与 之比， 得到信噪比的最大似然估计值。

本发明提供的信噪比估计装置， 如图 3 所示， 该装置包括： 信号获取 模块 301、 信道估计模块 302、 重构信号模块 303、 最大似然估计模块 304、 信噪比模块 305; 其中，

信号获取模块 301 , 用于获取训练信号经信道传输后得到的接收信 号。 信道估计模块 302， 用于对所述信道进行信道估计。

重构信号模块 303 , 用于根据信道估计结果，对训练信号经估计的 信道 传输的信号进行重构， 得到重构信号。

最大似然估计模块 304, 用于根据得到的重构信号及所述接收信号， 利 用服从高斯分布的噪声信号的实部分量和虚部 分量的联合分布概率密度函 数， 采用最大似然准则确定出接收信号功率最大似 然估计值 _z 、 噪声信号 功率最大似然估计值 & _ML 分别与重构信号和接收信号的关系， 得到 S _ML 和 L。

信噪比模块 305 ,用于根据得到的 和 l _ML 确定出信噪比的最大似然估 计值。

图 4 所示为本发明的一种接收机估计信噪比的装置 ， 训练信号 = ( _x 。 · · · x^ )经射频接收通道传输及中频处理后， 由接收机获取对应 的接收信号 ? = (r。 r _{ … 接收机为估计信噪比进行信道估计计算，得 到 S = ( … 并根据信道估计结果，计算训练信号经估计的 信道传 输后得到的重构信号 { _¾ } , 然后利用本发明的信噪比估计方法， 计算出信 噪比估计值。

本发明方法对基于信噪比估计进行的自适应速 率传输的传输模式的准 确调整具有特别重要的意义， 在自适应速率的网络传输中可使用本发明。

如图 5 所示为本发明的一种在手机上行速率传输模式 调整中的应用， 其中，

步驟 S501 , 基站（BTS )应用本发明方法计算手机上行链路的信噪比 ( SNR ), 并据此映射出链路性能的误码率 （ BEP )。

步驟 S502 , 基站（ BTS )将误码率（ BEP )上报给基站控制器（ BSC )。 步驟 S503 , 基站控制器（BSC )根据误码率 （BEP )判断是否需要调 整传输模式。

步驟 S504,基站控制器（ BSC )确定需要调整传输模式时，向基站（ BTS ) 发送传输模式改变命令。

步驟 S505 , 基站（BTS )在收到调整命令， 向手机终端发出上行速率 传输模式调整命令。

步驟 S506, 手机终端收到上行速率传输模式调整命令， 相应地改变上 行传输速率。

显然， 本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动 和变型而不脱离 本发明的精神和范围。 这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权 利要求及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在 内。