УСТРОЙСТВО И СПОСОБ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПОМЕХ И ШУМА В СИСТЕМЕ СВЯЗИ Российский патент 2008 года по МПК H04B17/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в целом, к устройству и способу, предназначенным для оценки помех и шума, и, более конкретно, к устройству и способу, предназначенным для оценки отношения несущей к помехам и шуму (CINR, ОНПШ), которые могут оценивать ОНПШ как один показатель эффективности приема в системе беспроводной связи.

Уровень техники

В последнее время ортогональное частотное уплотнение (OFDM, ОЧУ) или множественный доступ с ортогональным частотным разделением (OFDMA, МДОЧР) использованы в качестве способа для высокоскоростной передачи данных в проводном/беспроводном канале в качестве способа, предназначенного для передачи данных с использованием множества поднесущих. В соответствии с ОЧУ/МДОЧР выполняют последовательную операцию преобразования в цифровой вид относительно входных данных, модулируют параллельные данные в множество поднесущих, то есть подканалов, имеющих взаимную ортогональность, и передают модулированные параллельные данные.

ОЧУ обычно применяют в технологии цифровой передачи, такой как цифровое/аудио широкое вещание, цифровое телевидение (TV, ТВ), беспроводная локальная сеть (WLAN, БЛС), режим беспроводной асинхронной передачи (WATM, РБАП), фиксированный или мобильный широкополосный множественный доступ (BWA, ШМД) и т.д.

Раньше ОЧУ широко не использовалось из-за сложности аппаратного обеспечения, но в последнее время ОЧУ стало реализуемым с развитием различных технологий обработки цифровых сигналов, включая быстрое преобразование Фурье (FFT, БПФ) и обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT, ОБПФ). ОЧУ подобно традиционному частотному уплотнению (FDM, ЧУ) и может получать оптимальную эффективность передачи во время высокоскоростной передачи данных с помощью передачи поднесущих, в то же время поддерживая между ними ортогональность. ОЧУ имеет лучшую частотную эффективность и по своей сути является устойчивым к многомаршрутному замиранию. ОЧУ является устойчивым к частотному избирательному замиранию с использованием суперпозиционного частотного спектра и уменьшает эффекты межсимвольных помех с использованием защитного интервала. Следовательно, ОЧУ предоставляет возможность простой конструкции эквалайзера аппаратного обеспечения и является устойчивым к импульсному шуму.

От системы ОЧУ может требоваться измерять отношение несущей к помехам и шуму (ОНПШ) в качестве параметра, необходимого для управления мощностью или адаптивной модуляции/и кодирования.

В предшествующем уровне техники, относящемся к системе ОЧУ, патент США № 6456653 "Способ быстрой и точной оценки отношения сигнала к шуму для систем ОЧУ", раскрывает способ, предназначенный для оценки уровня шума из неиспользованных поднесущих. Система ОЧУ выполняет операцию ОБПФ для данных, передаваемых из передатчика, и передает результат операции ОБПФ. Когда размер ОБПФ основан на N точках БПФ, используют N поднесущих, а N неиспользованных поднесущих заполняют нулями. Среди сигналов, подвергающихся преобразованию БПФ приемника, смешанные данные и шум выводят из N использованных поднесущих, и только шум выводят из N неиспользованных поднесущих. В патенте США № 6456653 уровень шума измеряют из N неиспользованных поднесущих. Допускают, что величина измеренного уровня шума является той же самой, что и уровень шума, смешенного с данными. Уровень шума вычитают из уровня мощности, принятого из N не использованных поднесущих, таким образом, что оценивают уровень истинного сигнала. В результате получают отношение между уровнем истинного сигнала и уровнем шума в качестве величины оценки необходимого SNR, ОСШ (отношение сигнала к шуму).

Однако традиционный способ оценки ОСШ страдает чрезвычайным ухудшением при оценке эффективности, когда число неиспользованных поднесущих является очень малым по сравнению с числом использованных поднесущих. Кроме того, традиционный способ оценки ОСШ не может оценить сигнал помехи, так как сигнал помехи не входит в неиспользованные поднесущие от других пользователей, использующих тот же самый диапазон.

Сущность изобретения

Следовательно, настоящее изобретение разработано в виду вышеупомянутых и других проблем, и задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа оценки помех и шума, предназначенных для оценки отношения несущей к помехам и шуму (ОНПШ) в системе ортогонального частотного уплотнения/множественного доступа с ортогональным частотным разделением/дискретных множественных тональных сигналов ОЧУ/МДОЧР/DMT, ДМТС, и устройство и способ оценки ОНПШ.

В соответствии с аспектом варианта осуществления настоящего изобретения, вышеупомянутые и другие задачи могут быть решены с помощью устройства для оценки мощности шума в системе связи. Устройство содержит устройство корреляции (коррелятор), предназначенное для корреляции множества поднесущих с заданной опорной последовательностью на поэлементной основе и вывода результата корреляции; устройство вычисления шума, предназначенное для вычисления разности между/из величиной корреляции, связанной с каждой из множества поднесущих, и величиной корреляции, полученной, по меньшей мере, из одной смежной поднесущей; и устройство вычисления мощности шума, предназначенное для вычисления мощности шума из разности между величинами корреляции, вычисленными с помощью устройства вычисления шума.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, вышеупомянутые и другие задачи могут быть решены с помощью способа, в котором коррелируют множество поднесущих с заданной опорной последовательностью на поэлементной основе; вычисляют разность между/из величиной корреляции, связанной с каждой из множества поднесущих, и величиной корреляции, полученной, по меньшей мере, из одной смежной поднесущей; и вычисляют мощность шума из разности между/из величинами корреляции, связанными с поднесущими.

Вариант осуществления настоящего изобретения оценивает мощность помех и шума с использованием характеристик канала на основании подобности между поднесущими принятого сигнала, которые являются смежными друг к другу по частоте. В разности между смежными поднесущими варианта осуществления настоящего изобретения составляющие сигнала нейтрализуют и, следовательно, остаются только составляющие помех и шума.

При этом вышеупомянутая разность может быть оцененной величиной шума, если имеется шум. Вышеупомянутая разность может быть оцененной величиной помех и шума, если имеются помехи и шум.

Краткое описание чертежей

Вышеупомянутые и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более ясно понятными из следующего подробного описания при рассмотрении совместно с сопровождающими чертежами, на которых:

фиг.1 представляет блок-схему, иллюстрирующую традиционный передатчик с ортогональным частотным уплотнением (ОЧУ);

фиг.2 представляет блок-схему, иллюстрирующую приемник с ОЧУ, включающий в себя устройство оценки отношения несущей к помехам и шуму (ОНПШ) в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 представляет блок-схему, иллюстрирующую устройство оценки ОНПШ в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4А по фиг.4С представляют пояснительные виды, иллюстрирующие способы оценки ОНПШ в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 представляет блок-схему, иллюстрирующую устройство 430 оценки мощности помех и шума в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.6 представляет блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процесс, предназначенный для оценки мощности помех и шума в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.7 представляет принципиальную схему, иллюстрирующую устройство оценки ОНШП в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.8 представляет график, иллюстрирующий производительность устройства оценки ОНПШ, для которого настоящее изобретение применено в среде аддитивного белого гауссовского шума (AWGN); и

фиг.9 представляет график, иллюстрирующий среднюю производительность устройства оценки ОНПШ, для которого настоящее изобретение применено в среде модели канала сектора радиосвязи международного союза телекоммуникаций (ITU-R).

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже в настоящей заявке со ссылкой на прилагаемые чертежи. В следующем описании подробное описание известных функций и конфигураций, включенных в настоящую заявку, будет опущено, когда это может затенить сущность настоящего изобретения.

Фиг.1 представляет блок-схему, иллюстрирующую традиционный передатчик с ортогональным частотным уплотнением (ОЧУ). Ссылаясь на фиг.1, передатчик 100 с ОЧУ включает в себя устройство 121 вставки пилот-сигнала/преамбулы, процессор 123 обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ), устройство 125 параллельно-последовательного (Р/S, Пар/Посл) преобразования, устройство 127 вставки защитного интервала (GI, ЗИ), процессор 131 радиочастоты (RF, РЧ) и антенну 133. Устройство 121 вставки пилот-сигнала/преамбулы генерирует множество подканалов и множество символов пилот-сигнала и преамбул в системе связи ОЧУ. Устройство 121 вставки пилот-сигнала/преамбулы вставляет сгенерированный символ пилот-сигнала в множество подканалов, то есть символов данных. Поднесущую пилот-сигнала вставляют в подканалы, передающие символы данных, для того чтобы выполнить оценку канала. Местоположения передаваемых поднесущих пилот-сигнала в системе связи ОЧУ определены заранее. Кроме того, сгенерированная преамбула обычно расположена в заголовке кадра в виде одного символа МДОЧР.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, пилот-сигнал и преамбула используют разные последовательности в соответствии с базовой станцией.

Процессор 123 ОБПФ выполняет операцию ОБПФ для множества входных подканалов, а затем выводит результат операции ОБПФ в устройство 125 Пар/Посл преобразования. Устройство 125 Пар/Посл преобразования преобразует входной параллельный сигнал в последовательный сигнал и выводит последовательный сигнал в устройство 127 вставки ЗИ. Устройство 127 вставки ЗИ вставляет ЗИ для уменьшения эффекта межсимвольных помех (ISI, МП) и т. д. между подканалами, выведенными из процессора 123 ОБПФ, и выводит результат вставки в процессор 131 РЧ. Процессор 131 РЧ передает данные канала, принятые из устройства 127 вставки ЗИ, через антенну 133.

Фиг.2 представляет блок-схему, иллюстрирующую приемник с ОЧУ, включающий в себя устройство оценки отношения несущей к помехам и шуму (ОНПШ) в соответствии с настоящим изобретением. Ссылаясь на фиг.2, приемник 200 с ОЧУ включает в себя антенну 211, процессор 213 РЧ, устройство 215 удаления защитного интервала (ЗИ), устройство 217 последовательно/параллельного (Посл/Пар) преобразования, процессор 219 БПФ, эквалайзер 221, устройство 223 оценки канала и устройство 225 оценки информации качества канала (CQI, ИКК).

Процессор 213 выводит данные канала из радиоканала, принятого через антенну 211, в устройство 215 удаления ЗИ. Устройство 215 удаления ЗИ удаляет ЗИ из данных принятого канала. Устройство 217 Посл/Пар преобразования преобразует последовательные данные, из которых удален ЗИ, и избыточные данные в множество порций параллельных данных и выводит порции параллельных данных в процессор 219 БПФ. Процессор 219 БПФ выполняет операцию БПФ для порций параллельных данных и избыточных данных и выводит результат операции БПФ в эквалайзер 221. Эквалайзер 221 удаляет искажение сигнала канала, связанное с последовательными данными и избыточными данными, на основании результата операции БПФ и выводит данные, из которых удалено искажение сигнала. Устройство 223 оценки канала оценивает состояние канала, т.е. искажение по фазе и амплитуде в частотной области из-за ухудшения канала, привнесенного во время передачи и приема, и компенсирует искажение. Устройство 225 оценки ИКК измеряет качество канала, то есть отношение несущей к помехам и шуму (ОНПШ).

Когда передатчик с ОЧУ в соответствии с настоящим изобретением посылает цифровой сигнал, основанный на опорном сигнале (например, пилот-сигнале), приемник с ОЧУ принимает цифровой сигнал и измеряет ОНПШ из принятого при этом цифрового сигнала. Более конкретно, настоящее изобретение использует пилот-сигнал после операции БПФ, таким образом, что может быть измерено ОНПШ. Для удобства объяснения допускается, что пилот-сигнал имеет заданную последовательность, и, что используется двоичная фазовая манипуляция (BPSK, ДФМ). В настоящем варианте осуществления пилот-последовательность состоит из 1-ц и 0-й. Допускается, что сигнал, обозначенный с помощью "1", передают как сигнал комплексного числа "1", а сигнал, обозначенный с помощью "0", передают как сигнал комплексного числа "-1", без потери общности.

Несмотря на то, что в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения опорный сигнал рассматривается как пилот-сигнал, если имеется преамбула, расположенная в передней части кадра, средняя преамбула, расположенная в середине кадра, конечная преамбула, расположенная в конце кадра, также может быть использован каждый из этих элементов или их комбинация.

Фиг.3 представляет блок-схему, иллюстрирующую конфигурацию устройства оценки ОНПШ в соответствии с настоящим изобретением.

Ссылаясь на фиг.3, устройство 400 оценки ОНПШ принимает пилот-сигнал, выведенный из процессора 219 БПФ, и выводит принятый сигнал в устройство 420 оценки мощности сигнала и устройство 430 оценки мощности помех и шума. Устройство 420 оценки мощности сигнала оценивает мощность принятого сигнала. Более конкретно, устройство 420 оценки мощности сигнала получает мощность каждой поднесущей, включенной в сигнал, принятый из процессора 219 БПФ. Затем устройство 420 оценки мощности сигнала получает полную мощность сигнала с помощью суммирования величин мощности всех поднесущих, а затем выводит полученную мощность сигнала в устройство 440 вычитания.

Кроме того, устройство 430 оценки мощности помех и шума оценивает мощность помех и шума принятого сигнала. Вариант осуществления настоящего изобретения оценивает мощность помех и шума с использованием характеристик канала на основании подобности между поднесущими принятого сигнала, которые являются смежными друг другу по частоте. То есть настоящее изобретение использует разность между сигналами смежных поднесущих. Для удобства описанный выше способ в варианте осуществления настоящего изобретения упомянут как способ, основанный на разности сигналов смежных поднесущих (DASS, РССП).

Более конкретно, устройство 430 оценки мощности помех и шума выполняет корреляцию заданной последовательности пилот-сигнала с множеством поднесущих принятого сигнала на поэлементной основе и получает величины корреляции, связанные с множеством поднесущих. Зптем устройство 430 оценки мощности помех и шума вычисляет разность между величиной корреляции каждой поднесущей и величиной корреляции, выданной, по меньшей мере, из одной смежной поднесущей. Число смежных поднесущих, имеющих подобные характеристики канала, может быть назначено произвольно. Обычно смежная поднесущая каждой поднесущей может быть поднесущей, ближайшей к каждой поднесущей. То есть число поднесущих может быть разным в соответствии с характеристиками системы связи, к которой применено настоящее изобретение. Например, для того чтобы система была просто реализована, может быть использована только одна поднесущая, ближайшая к каждой поднесущей. В качестве альтернативного варианта, число смежных поднесущих может быть использовано по-другому в связи с каждой поднесущей.

Поскольку смежные поднесущие имеют почти одинаковые характеристики канала, составляющие сигнала нейтрализуют и, следовательно, в разности между величинами корреляции остаются только составляющие помех и шума. Устройство 430 оценки мощности помех и шума получает мощность помех и шума из составляющих помех и шума и выводит полученную мощность помех и шума в устройство 440 вычитания. Устройство 440 вычитания вычитает мощность помех и шума, полученную с помощью устройства 430 оценки мощности помех и шума, из мощности сигнала, полученной с помощью устройства 420 оценки мощности сигнала, и получает мощность чистого принятого сигнала, в котором удалены составляющие помех и шума.

Затем генератор 450 обратного числа генерирует обратное число величины мощности помех и шума, полученной с помощью устройства 430 оценки мощности помех и шума, и предоставляет сгенерированное обратное число величины мощности помех и шума в умножитель 460. Умножитель делит величину (полная мощность приема - полная мощность помех и шума) на полную мощность помех и шума, для того чтобы получить величину оценки ОНПШ. То есть величина оценки ОНПШ равна отношению между величиной оценки мощности истинного сигнала и величиной оценки мощности помех и шума.

Настоящее изобретение включает в себя три различных шаблона местоположения последовательности пилот-сигнала, используемые для оценки ОНПШ в соответствии с сигналом поднесущей в принятом пилот-сигнале. Три способа будут описаны ниже в настоящей заявке со ссылкой на фиг.4А по фиг.4С.

Фиг.4А по фиг.4С являются пояснительными видами, иллюстрирующими способы оценки ОНПШ в соответствии с настоящим изобретением. Сначала на фиг.4А используется пилот-сигнал и/или сигнал преамбулы, состоящий из сигналов N поднесущих, для длительности одного символа ОЧУ. Множество поднесущих присутствуют в одной и той же временной области для длительности символа ОЧУ. Вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.4А использует тот факт, что характеристики канала поднесущих в одной и той же временной области подобны характеристикам канала смежных поднесущих. Таким образом, устройство 400 оценки ОНПШ использует множество поднесущих, имеющих одну и ту же временную область и разные частотные области, из поднесущих пилот-сигнала и/или сигнала преамбулы, выведенного из процессора 219 БПФ.

На фиг.4В используется пилот-сигнал или сигнал преамбулы, состоящий из сигналов N поднесущих, для длительностей множества символов ОЧУ. Как проиллюстрировано на фиг.4В, множество поднесущих присутствуют в одной и той же частотной области для длительностей множества символов ОЧУ. Характеристики канала поднесущих в одной и той же частотной области подобны характеристикам канала смежных поднесущих. Таким образом, устройство 400 оценки ОНПШ использует множество поднесущих, имеющих одну и ту же частотную область и разные временные области, из поднесущих пилот-сигнала и/или сигнала преамбулы, выведенного из процессора 219 БПФ.

На фиг.4С используется пилот-сигнал или сигнал преамбулы, состоящий из N поднесущих в заданной области данных, включая поднесущие, имеющие разные частотные области и разные временные области, из принятого пилот-сигнала. То есть множество поднесущих, используемых для оценки ОНПШ, выбирают произвольно из заданной области данных. В этом случае коэффициент корреляции между каждой поднесущей и смежной ей поднесущей делают равным как можно ближе к "1" с помощью выбора соответствующим образом последовательности поднесущих пилот-сигнала. На фиг.4С характеристики канала поднесущих, близких друг к другу, подобны характеристикам канала смежных им поднесущих. Следовательно, устройство 400 оценки ОНПШ использует поднесущие, произвольно выбранные из заданной области данных, состоящей из поднесущих пилот-сигнала и/или сигнала преамбулы, выведенного из процессора 219 БПФ.

Фиг.5 представляет блок-схему, иллюстрирующую устройство 430 оценки мощности помех и шума в соответствии с настоящим изобретением. Ссылаясь на фиг.5, устройство 430 оценки мощности помех и шума включает в себя устройство 510 выбора опорного сигнала, устройство 520 корреляции, устройство 530 получения сигнала шума и устройство 540 получения мощности помех и шума. Устройство 510 выбора опорного сигнала выбирает множество поднесущих, используемых для оценки ОНПШ в соответствии с настоящим изобретением.

Ниже в настоящей заявке пилот-сигнал или сигнал преамбулы будет пояснительно описан как множество поднесущих, используемых для оценки ОНПШ. Однако следует заметить, что настоящее изобретение не ограничено этим вариантом осуществления. Любой заданный сигнал является достаточным в качестве опорного сигнала, определенного между передатчиком и приемником.

Устройство 510 выбора пилот-сигнала выбирает множество поднесущих, имеющих одну и ту же временную область и разные частотные области, из поднесущих принятого пилот-сигнала или сигнала преамбулы в соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг.4А. Устройство 510 выбора пилот-сигнала выбирает множество поднесущих, имеющих одну и ту же частотную область и разные временные области, из поднесущих принятого пилот-сигнала или сигнала преамбулы в соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг.4В. Устройство 510 выбора пилот-сигнала произвольно выбирает множество поднесущих, имеющих разные временные области и разные частотные области, из поднесущих принятого пилот-сигнала или сигнала преамбулы в соответствии с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг.4С. Как описано выше, коэффициент корреляции между каждой поднесущей и смежной ей поднесущей выбирают близким к "1" в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничено этим вариантом осуществления.

Как описано выше, устройство 510 выбора пилот-сигнала выбирает множество сигналов поднесущих, используемых для оценки ОНПШ, и выводит выбранные сигналы поднесущих в устройство 520 корреляции. Устройство 520 корреляции выполняет корреляции заданной последовательности пилот-сигнала с множеством поднесущих из устройства 510 выбора пилот-сигнала на поэлементной основе, получает величины корреляции, связанные с множеством поднесущих, и выводит полученные величины корреляции в устройство 530 получения сигнала шума. Затем устройство 530 получения сигнала шума вычисляет разность между величиной корреляции каждой поднесущей, выведенной из устройства 520 корреляции, и величиной корреляции, полученной, по меньшей мере, из одной смежной поднесущей. Устройство 530 получения сигнала шума выполняет соответствующую операцию в соответствии с числом смежных поднесущих, связанных с каждой поднесущей. В результате составляющие сигнала нейтрализуют, и остаются только составляющие помех и шума. Составляющую шума, связанную с поднесущими, выводят в устройство 540 получения мощности помех и шума. Устройство 540 получения мощности помех и шума возводит в квадрат величину составляющей шума каждой поднесущей, в затем получает мощность шума.

Фиг.6 представляет блок-схему последовательности операций способа, иллюстрирующую процесс, предназначенный для оценки мощности помех и шума в соответствии с настоящим изобретением. Ссылаясь на фиг.6, устройство 430 оценки мощности помех и шума выбирает множество поднесущих, используемых для оценки ОНПШ, на этапе 610. Устройство 430 оценки мощности помех и шума выполняет корреляцию множества поднесущих с заданной последовательностью пилот-сигнала и/или последовательностью преамбулы на поэлементной основе, на этапе 620. Устройство 430 оценки мощности помех и шума вычисляет разность между величиной корреляции, связанной с каждой поднесущей, и величиной корреляции, полученной, по меньшей мере, из одной смежной поднесущей, а затем получает сигнал шума на этапе 630. Затем устройство 430 оценки мощности помех и шума получает мощность помех и шума из составляющих помех и шума соответствующих поднесущих на этапе 640.

Фиг.7 представляет принципиальную схему, иллюстрирующую устройство оценки ОНПШ в соответствии с настоящим изобретением. Устройство ОНПШ в соответствии с настоящим изобретением использует пилот-сигнал, состоящий из сигналов N поднесущих, для длительности одного символа ОЧУ и использует две смежные поднесущие, связанные с каждой поднесущей. Специалисты в данной области техники поймут, что настоящее изобретение не ограничено описанным выше вариантом изобретения.

Как проиллюстрировано на фиг.7, устройство 400 оценки ОНПШ включает в себя устройство 420 оценки мощности сигнала и устройство 430 оценки мощности помех и шума. Устройство 430 оценки мощности помех и шума принимает N пилот-сигналов из N выходов процессора 219 БПФ. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, поскольку устройство 430 оценки мощности помех и шума использует N сигналов, выведенных из процессора 219 БПФ, устройство 510 выбора пилот-сигнала, проиллюстрированное на фиг. 5, не требуется. Однако устройство 400 оценки ОНПШ может включать в себя устройство выбора пилот-сигнала, предназначенное для выбора пилот-сигнала в соответствии с характеристиками системы связи, для которой применено настоящее изобретение.

Допускается, что k-й сигнал входа ОБПФ из переданных сигналов равен x_k, а k-й сигнал входа ОБПФ из принятых сигналов равен y_k. В данном случае, допуская, что пилот-сигнал претерпевает модуляцию с помощью двоичной фазовой манипуляции, x_k = 1 или -1 (k = 1, 2,..., N) используют для удобства. Допуская, что характеристика канала между x_k и y_k равна H, а шум равен n_k, принятый сигнал может быть выражен с помощью следующего уравнения (1).

В уравнении (1), поскольку x_k обозначает заданную последовательность пилот-сигнала, приемник распознает значение величины x_k. В данном случае y_k обозначает величину, полученную с помощью измерения. Следует заметить, что помехи от других передатчиков моделируют как шум, и допускают, что они включены в понятие шума. Это допущение сохраняется, если последовательность пилот-сигнала из других передатчиков ортогональна рассматриваемому передатчику. А понятие «шум» далее является взаимозаменяемым с понятием «помехи и шум».

Измеряемое ОНПШ определено с помощью следующего уравнения (2). В уравнении (2) числитель представляет сумму величин мощности истинного сигнала, из которого исключен шум, а знаменатель представляет сумму величин мощности шума.

Для того чтобы составляющие шума были выделены из принятых сигналов в этом варианте осуществления, величина F_k определена, как изображено в уравнении (3). Величина F_k является промежуточной величиной, используемой для оценки составляющих шума.

Более конкретно, N умножителей с 310-1 по 310-N умножают N выходных сигналов процессора 219 БПФ на переданный сигнал, т.е. заданную последовательность, как проиллюстрировано на фиг.7. Следовательно, когда на передающей стороне передают "1" и "-1", может быть использовано одно и то же требование. N умножителей с 310-1 по 310-N соответствуют устройству 520 корреляции, проиллюстрированному на фиг.5.

Выходные сигналы из N умножителей с 310-1 по 310-N вводят в положительные входы N сумматоров с 320-1 по 320-N. Кроме того, выходные сигналы из N умножителей с 310-1 по 310-N вводят в отрицательные входы N сумматоров с 320-1 по 320-N.

Следовательно, каждый из выходных сигналов N сумматоров с 320-1 по 320-N является разностью между величиной, полученной из каждой поднесущей, и величиной, полученной, по меньшей мере, из одной смежной поднесущей, таким образом, что составляющие сигнала нейтрализуют, и остаются только составляющие шума. N сумматоров с 320-1 по 320-N соответствуют устройству 530 получения сигнала шума, проиллюстрированному на фиг.5.

Ссылаясь на фиг.7, сигнал, смежный первому сигналу y₁, из N сигналов является только одним сигналом y₂, а сигнал, смежный последнему сигналу y_N, является только одним сигналом y_N-1. Число сигналов, смежных другому сигналу, за исключение первого и последнего сигналов, равно двум. Например, сигнал y_k имеет два смежных сигнала y_k-1 и y_k+1. Следовательно, из величины первого или последовательного сигнала y₁ или y_N из N сигналов, умноженных на переданный сигнал x₁ или x_N, соответственно, связанный с ними, вычитают величину сигнала смежной поднесущей, умноженного на переданный сигнал, связанный с ней. Кроме того, из величины остального сигнала y_k, умноженного на 2, и переданного сигнала x_k, связанного с ним, вычитают сигнал y_k одной смежной поднесущей, умноженный на переданный сигнал x_k-1, связанный с ней, а сигнал y_k+1 другой смежной поднесущей умножают на переданный сигнал x_k+1, связанный с ней.

Следовательно, результирующие величины с F₁ по F_N являются составляющими шума, из которых нейтрализованы составляющие сигнал.

Когда величину y_k в результирующих величинах с F₁ по F_N приведенного выше уравнения (3) заменяют уравнением (1), следующее уравнение (4) может быть записано в соответствии с составляющими сигнала и шума.

В уравнении (4) члены перед скобками являются составляющими сигнала, а величины в скобках являются составляющими шума. Допуская, что каналы смежных поднесущих имеют почти одинаковые характеристики канала, может быть записано следующее уравнение.

В соответствии с уравнением (5), величины перед скобками в приведенном выше уравнением (4) равны нулю. Величина составляющей шума, подставляемая в уравнение (2) возводят в квадрат и оценивают мощность шума. То есть, когда величину в скобках, указывающую составляющую шума, возводят в квадрат, мощность F_k является такой же, как в следующем уравнении (6).

Для того чтобы вычислить сумму величин в приведенном выше уравнении (6), K_k определяют как в следующем уравнении (7) для удобства.

Если приведенное выше уравнение (7) подставляют в _{приведенного выше уравнения (6), получают уравнение (8).}

В уравнении (8) второй член, то есть сумма величин K_k, приблизительно равен нулю, поскольку число единиц равно числу минус единиц, так как последовательность пилот-сигнала обычно является PN, ПШ последовательностью, а также, поскольку может быть получено следующее уравнение (9), так как средняя величина составляющих шума равна нулю, и составляющие шума являются независимыми друг от друга.

Приведенное выше уравнение (9) может быть переписано как следующее уравнение (10).

Поскольку F₁, связанная с первым сигналом y₁, или F_N, связанная с последним сигналом y_N, имеет две составляющие шума, величина F₁ или F_N возводят в квадрат и возведенную в квадрат величину F₁ или F_N делят на 2. Поскольку составляющие F_k шума, связанные с другими сигналами, имеют четыре составляющие , одну составляющую и одну составляющую , величину F_k возводят в квадрат и возведенную в квадрат величину F_k делят на 6. Эти операции выполняют с помощью N операторов с 330-1 по 330-N, как проиллюстрировано на фиг.7. Кроме того, все составляющие мощности шума суммируют с помощью сумматора 340. Результат суммирования выражен с помощью следующего уравнения (11)

В уравнении 11, поскольку величина в скобках и величины членов, после скобок являются очень малыми по сравнению с полной величиной, и ей можно пренебречь, полная мощность шума может быть оценена с использованием следующего уравнения (12).

В этом случае первый и второй члены в уравнении (12) могут быть опущены, если N является достаточно большим. Наконец, мощность сигнала может быть записана как следующее уравнение (13)

Когда полную мощность шума вычитают из полной мощности сигнала с по , может быть получена мощность сигнала, из которого удалены помехи и шум. Следовательно, N операторов с 330-1 по 330-N и сумматор 340 соответствуют устройству 540 получения мощности шума, проиллюстрированному на фиг.5.

Кроме того, мощность выходного сигнала из процессора 219 БПФ вычисляют посредством операторов с 360-1 по 360-N возведения в квадрат, как проиллюстрировано на фиг.7. Когда выходные сигналы операторов с 360-1 по 360-N суммируют с помощью сумматора 370, получают полную мощность сигнала приема. Следовательно, операторы с 360-1 по 360-N возведения в квадрат и сумматор соответствуют устройству 420 оценки мощности сигнала, проиллюстрированному на фиг.3.

Как в приведенном выше уравнении (13), устройство 440 вычитания вычитает полную мощность помех и шума из полной мощности сигнала приема. Поскольку последним членом можно пренебречь в приведенном выше уравнении 13, приведенное выше уравнение (13) может быть аппроксимировано вычитанием мощности шума из полной мощности приема. Наконец, величина оценки ОНПШ может быть получена, как в следующем уравнении (14).

Результирующую величину вычитания полной мощности шума из полной мощности приема делят на полную мощность шума с помощью умножителя 460, таким образом, что вычисляют величину оценки ОНПШ.

Как описано выше, один вариант осуществления устройства оценки ОНПШ в соответствии с настоящим изобретением использует две смежные поднесущие в связи с каждой поднесущей. Обычно может быть использовано любое число смежных поднесущих. Приведенное выше уравнение (3) может быть переписано как следующее уравнение (15), в котором F_k представляет разность как сигнала помех и шума, неотрицательный W_l представляет число левосторонних смежных поднесущих, неотрицательный W_r представляет число правосторонних смежных поднесущих, x_k представляет k-й опорный сигнал и y_k представляет k-й принятый сигнал.

Приведенное выше уравнение (12) может быть переписано как следующее уравнение (16), таким образом, что можно получить мощность шума.

Как описано выше, эффективность устройства оценки ОНПШ, в котором может быть применено настоящее изобретение, проиллюстрирована на фиг.8 и фиг.9. Фиг.8 представляет график, иллюстрирующую эффективность устройства оценки ОНПШ, в котором настоящее изобретение применено в среде аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ); а фиг.9 представляет график, иллюстрирующий среднюю эффективность устройства оценки ОНПШ, в котором настоящее изобретение применено в среде модели канала сектора радиосвязи международного союза телекоммуникаций (ITU-R). На фигурах помехи, поступающие от других передатчиков смоделированы с помощью АБГШ, так как большое число произвольных параметров, т.е. сумма составляющих помех, поступающих от других передатчиков, имеют гауссовоское распределение благодаря центральной предельной теореме.

Среда моделирования использует 2048 БПФ в полосе частот 10 МГц и длину последовательности пилот-сигнала, равную 776. В соответствии с 1000 оценками, фигуры изображают среднее, максимальное и минимальное стандартное отклонение. Как понятно из фиг.8 по фиг.9, можно видеть, что величина оценки ОНПШ почти равна фактической величине ОНПШ.

В соответствии с настоящим изобретением, приемник с ОЧУ может правильно оценивать параметр, необходимый для управления мощностью или адаптивной модуляции/демодуляции и т.д., то есть ОНПШ.

Несмотря на то, что предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты для иллюстративных целей, специалисты в данной области техники поймут, что возможны различные модификации, добавления и замены, не выходя за рамки объема изобретения. Например, настоящее изобретение применено к системе ОЧУ, но настоящее изобретение может быть применено к системе множественного доступа с ортогональным частотным разделением (МДОЧР) и к технологии дискретных множественных тональных сигналов (ДМТС).

Таким образом, настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами изобретения, а настоящее изобретение определено с помощью формулы изобретения, которая следует вместе с ее полным объемом эквивалентов.

Изобретение относится к способам и устройствам для оценки помех и шума, конкретно, для оценки отношения несущей к помехам и шуму (ОНПШ). Технический результат - возможность оценивать ОНПШ как один показатель эффективности приема в системе беспроводной связи. Устройство для оценки шума в системе связи содержит устройство корреляции и устройство вычисления шума сигнала. Устройство корреляции предназначено для корреляции множества поднесущих с опорной последовательностью на поэлементной основе и вывода результата корреляции. Устройство вычисления шума сигнала предназначено для вычисления разности между величиной корреляции, связанной с каждой из множества поднесущих, и величиной корреляции, связанной с, по меньшей мере, одной смежной поднесущей. 5 н. и 37 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для оценки шума в системе связи, содержащее

устройство корреляции, предназначенное для корреляции множества поднесущих с опорной последовательностью на поэлементной основе и вывода результата корреляции; и

устройство вычисления шума сигнала, предназначенное для вычисления разности между величиной корреляции, связанной с каждой из множества поднесущих, и величиной корреляции, связанной с, по меньшей мере, одной смежной поднесущей, выведенных с помощью устройства корреляции.

устройство выбора сигнала опорной последовательности, предназначенное для выбора множества поднесущих, используемых для опорной последовательности, и вывода выбранных поднесущих в устройство корреляции.

выполняют корреляцию множества поднесущих с опорной последовательностью на поэлементной основе; и

вычисляют разность между величиной корреляции, связанной с каждой из множества поднесущих, и величиной корреляции, связанной с, по меньшей мере, одной смежной поднесущей, при этом разность является величиной помех и шума соответствующей поднесущей.

устройство оценки мощности помех и шума, предназначенное для получения величин корреляции, связанных с множеством поднесущих, с помощью корреляции принятого сигнала с опорной последовательностью на поэлементной основе, вычисления разности между величиной корреляции, связанной с каждой поднесущей, и величиной корреляции, полученной из, по меньшей мере, одной смежной поднесущей, и оценки мощности помех и шума из упомянутой разности; и

устройство оценки ОНПШ, предназначенное для оценки отношения величины полной мощности принятого сигнала, выведенной из устройства оценки мощности сигнала, и величины мощности шума, выведенной из устройства оценки мощности помех и шума.

устройство корреляции, предназначенное для корреляции принятого сигнала с опорной последовательностью на поэлементной основе;

устройство вычисления помех и шума, предназначенное для вычисления разности между величиной корреляции, связанной с каждой из множества поднесущих, и величиной корреляции, связанной с, по меньшей мере, одной смежной поднесущей; и

устройство вычисления мощности помех и шума, предназначенное для вычисления мощности из разности между величинами корреляции.

где F_k - разность в виде помех и шума сигнала; неотрицательное W_l - число левосторонних смежных поднесущих; неотрицательное W_r - число правосторонних смежных поднесущих; x_k - k-й опорный сигнал; a у_k - k-й принятый сигнал.

где

- сумма мощности помех и шума.

где - сумма мощности принятого сигнала.

измеряют мощность полного сигнала из принятого сигнала;

получают величины корреляции, связанные с множеством поднесущих, с помощью корреляции принятого сигнала с опорной последовательностью на поэлементной основе;

вычисляют разность между величиной корреляции, связанной с каждой поднесущей, и величиной корреляции, связанной с, по меньшей мере, одной смежной поднесущей, при этом разность является величиной шума соответствующей поднесущей;

оценивают мощность шума; и

оценивают отношение (ОНПШ) с использованием полной мощности сигнала и мощности шума.

где F_k - разность в виде помех и шума сигнала; неотрицательное W_l - число левосторонних смежных поднесущих; неотрицательное W_r - число правосторонних смежных поднесущих; x_k - k-й опорный сигнал; а y_k - k-й принятый сигнал.

где

- сумма мощности помех и шума.

где

- сумма мощности принятого сигнала.

измеряют мощность полного сигнала из принятого сигнала;

получают величины корреляции, связанные с множеством поднесущих, с помощью корреляции принятого сигнала с опорной последовательностью на поэлементной основе;

вычисляют разность между величиной корреляции, связанной с каждой поднесущей, и величиной корреляции, связанной с, по меньшей мере, одной смежной поднесущей, при этом разность является величиной помех и шума соответствующей поднесущей;

оценивают мощность помех и шума; и

оценивают отношение (ОНПШ) с использованием полной мощности сигнала и мощности шума.

где F_k - разность в виде помех и шума сигнала; неотрицательное W_l - число левосторонних смежных поднесущих; неотрицательное W_r - число правосторонних смежных поднесущих; x_k - k-й опорный сигнал; a y_k - k-й принятый сигнал.

где

- сумма мощности помех и шума.

где

- сумма мощности принятого сигнала.