一种用于估算OFDM信号的噪声功率的方法

摘要

一种用于估算OFDM信号的噪声功率的方法，在对接收到的信号去除循环前缀以后，进行能量归一化的FFT运算，然后从中提取出导频或者同步头中的有用信息，并从发送端数据的导频或者同步头信息中也提取出有用信息，最后，通过用同一个或者相邻两个OFDM符号的相邻子载波这样四个点来抵消子载波信道频率响应误差值的办法，并结合前面提取出的有用信息，计算出信号的噪声功率。本方法具有良好的抗频率选择性衰落和时间选择性衰落的特性。同时，本方法既可以采用导频来估算噪声功率，也可以采用同步头来估算噪声功率，用同步头来估算噪声功率时，对于多个同步头、单个对称同步头和单个不对称同步头的情况都能适用，具有良好的适应性。

主权项

一种用于估算OFDM信号的噪声功率的方法，其特征是包括如下步骤：步骤1：设定系统参数，包括：根据用户的选择决定采用下面四种信息之一来估算噪声功率：导频、多个同步头、单个对称同步头、单个非对称同步头；设定左边保护带点数Nb1，右边保护带点数Nb2，循环前缀长度Ncp，同步头个数Np，导频符号个数Npl，发送端的一帧数据在频域的表示为矩阵 C = c 0,0 L c 0 , n L c 0 , N - 1 M M M c m , 0 L c m , n L c m , N - 1 M M M c M - 1,0 L c M - 1 , n L c M - 1 , N - 1 N为OFDM系统子载波的个数，M为一帧内含有的OFDM符号数；步骤2：对接收端接收到的信息进行预处理，包括：步骤2‑1：将接收到的OFDM符号去掉序列前端长度为Ncp的循环前缀(CP)，得到的时域信息，用矩阵表示如下： X = x 0,0 L x 0 , n L x 0 , N - 1 M M M x m , 0 L x m , n L x m , N - 1 M M M x M - 1,0 L x M - 1 , n L x M - 1 , N - 1 步骤2‑2：将步骤2‑1的时域信号X转换为频域信号：如果采用单个对称同步头来估算噪声功率，则提取出步骤2‑1得到的矩阵X的第一行数据，将它分为前后两个部分，即：[x0，0 L x0，N/2‑1]和[x0，N/2 L x0，N‑1]，分别对他们进行N/2点的能量归一化的FFT，得到矩阵： Y = y 0,0 L y 0 , j L y 0 , N / 2 - 1 y 1,0 L y 1 , j L y 1 , N / 2 - 1 否则，对步骤2‑1得到的矩阵X每一行都进行N点的能量归一化FFT，得到矩阵： Y = y 0,0 L y 0 , n L y 0 , N - 1 M M M y m , 0 L y m , n L y m , N - 1 M M M y M - 1,0 L y M - 1 , n L y M - 1 , N - 1 步骤3：从接收端提取出有用数据：(1)如果采用导频来估算噪声功率，则根据该OFDM系统规范的定义，从定义的结构中找出在一帧中哪些OFDM符号具有导频信息，并提取出这些符号；再从他们中，确定导频子载波的位置，将该子载波处的接收信号数据提取出来，组成一个新的导频矩阵： Z = z 0 , 0 L z 0 , j L z 0 , J - 1 M M M z i , 0 L z i , j L z i , J - 1 M M M z N pl - 1,0 L z N pl - 1 , j L z N pl - 1 , J - 1 其中，Npl为一帧内OFDM导频符号的个数，J为一个导频符号内导频的点数；(2)如果采用多个同步头来估算噪声功率，则对步骤2得到的矩阵Y中的Np个同步头序列所在的每一行，都去掉左边保护带的Nb1个点、右边保护带的Nb2个点、0频点和对应发送数据为0的子载波上的点，得到有用数据组成的矩阵： Z = y i 0 , j 0 L y i 0 , j k L y i 0 , j J - 1 M M M y i m , j 0 L y i m , j k L y i m , j J - 1 M M M y i N p - 1 , j 0 L y i N p - 1 , j k L y i N p - 1 , j J - 1 = z 0,0 L z 0 , j L z 0 , J - 1 M M M z i , 0 L z i , j L z i , J - 1 M M M z N p - 1,0 L z N p - 1 , j L z N p - 1 , J - 1 其中J为同步头符号内发送数据不为0的点的个数，jk的取值范围在Nb1到N/2‑1之间，或者N/2+1到N‑Nb2；(3)如果采用单个非对称同步头来估算噪声功率，则对步骤2得到的矩阵Y中第一行的同步头序列，去掉左边保护带Nb1个点、右边保护带Nb2个点、0频点和 对应发送数据为0的子载波上的点，得到有用数据矩阵 Z = y 0 , j 0 L y 0 , j k L y 0 , j J - 1 = z 0,0 L z 0 , j L z 0 , J - 1 其中J为同步头符号内发送数据不为0的点的个数，jk的取值范围在Nb1到N/2‑1之间，或者N/2+1到N‑Nb2；(4)如果采用单个对称同步头来估算噪声功率，则有用数据组成的矩阵 Z = y 0,0 L y 0 , j L y 0 , N / 2 - 1 y 1,0 L y 1 , j L y 1 , N / 2 - 1 = z 0,0 L z 0 , j L z 0 , J - 1 z 1 , 0 L z 1 , j L z 1 , J - 1 J＝N/2；步骤4：从发送端提取出有用数据：(1)如果采用导频来估算噪声功率，则在发送端频域信号矩阵C中，先确定哪些OFDM符号具有导频信息，提取出C中相应的行序列；再从这些行序列中，确定导频子载波的位置，将这些子载波处的发送信息提取出来，组成一个新的导频矩阵： D = d 0,0 L d 0 , j L d 0 , J - 1 M M M d i , 0 L d i , j L d i , J - 1 M M M d N pl - 1,0 L d N pl - 1 , j L d N pl - 1 , J - 1 J为一个符号内导频的点数；(2)如果采用多个同步头来估算噪声功率，则在矩阵C的Np个同步头序列所在行中，去掉左边保护带Nb1个点、右边保护带Nb2个点、0频点和数据为0的子载波上的点，得到有用数据组成的矩阵： D = d 0,0 L d 0 , j L d 0 , J - 1 M M M d i , 0 L d i , j L d i , J - 1 M M M d N p - 1,0 L d N p - 1 , j L d N p - 1 , J - 1 = c i 0 , j 0 L c i 0 , j k L c i 0 , j J - 1 M M M c i m , j 0 L c i m , j k L c i m , j J - 1 M M M c i N p - 1 , j 0 L c i N p - 1 , j k L c i N p - 1 , j J - 1 其中，J为同步头符号内发送数据不为0的点的个数，jk的取值范围在Nb1到N/2‑1之间，或者N/2+1到N‑Nb2；(3)如果采用单个非对称同步头来估算噪声功率，则将矩阵C中第一行数据，去掉左边保护带Nb1个点、右边保护带Nb2个点、0频点和对应发送数据为0的子载波上的点，得到有用数据组成的矩阵： D = d 0,0 L d 0 , j L d 0 , J - 1 = c 0 , j 0 L c 0 , j k L c 0 , j J - 1 J为同步头符号内发送数据不为0的点的个数，jk的取值范围在Nb1到N/2‑1之间，或者N/2+1到N‑Nb2；(4)如果采用单个对称同步头来估算噪声功率，则： D = d 0,0 L d 0 , j L d 0 , J - 1 d 1,0 L d 01 , j L d 1 , J - 1 = 1 L 1 1 L 1 其中，J＝N/2；步骤5：利用前面两步得到的发送端和接收端的有用序列计算系统的噪声功率：如果采用单个非对称同步头来估算噪声功率，则噪声功率 W ^ = 1 4 ( J - 3 ) Σ j = 0 J - 4 | ( z 0 , j d 0 , j * - z 0 , j + 2 d 0 , j + 2 * ) - ( z 0 , j + 1 d 0 , j + 1 * - z 0 , j + 3 d 0 , j + 3 * ) | 2 ; 否则，分别从矩阵Z和D中选出任意两行用于计算噪声功率 W ^ = 1 4 ( J - 1 ) Σ j = 0 J - 2 | ( z i , j d i , j * - z i , j + 1 d i , j + 1 * ) - ( z i ′ , j d i ′ , j * - z i ′ , j + 1 d i ′ , j + 1 * ) | 2 , 其中，i，i′表示矩阵Z和D的任意两行的行号；d*表示对d取共轭。