一种MU-MIMO系统中的噪声方差的估计方法和装置

摘要

本申请公开了一种多用户多输入多输出MU-MIMO系统中的噪声方差的估计方法，包括：A、对MU-MIMO系统中的第n个用户的接收信号做最小二乘信道估计，得到第n个用户的信道估计；B、对第n个用户的信道估计进行去噪处理，并做接收信号重构；C、从第n个用户的接收信号中减去第n个用户重构接收信号，得到差值信号；D、判断是否已处理完MU-MIMO系统中的全部用户，若是执行步骤E，否则令n=n+1，返回步骤A；E、根据MU-MIMO系统中的全部用户的差值信号计算噪声方差。本申请技术方案能够较好地估计多用户场景的噪声方差。

说明书

技术领域

本申请涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种多用户多输入多输出（MU-MIMO） 系统中的噪声方差的估计方法和装置。

背景技术

在移动通信系统中，需要对系统的噪声方差做估计。噪声方差估计可用于均衡， 星座解调，译码，和当前信干噪比（SINR）的上报等。

现有技术中常用的噪声方差估计算法的原理是：最小二乘的信道估计减去去除噪 后的信道估计。

假定基站（eNB）接收到的用户n在导频符号l和子载波k上的频域信号表示为:

                           Y(l,k)＝S(l,k)·H(l,k)+N(l,k)                （1）

S(l,k)为在符号l，子载波k上的导频序列值；

H(l,k)为符号l，子载波k上信道频响；

N(l,k)为在符号l，子载波k上的噪声。

根据最小方差（LS，Least Square）准则，每个导频处的信道估计为：

$\tilde{H}(l,k)=\frac{Y(l,k)}{S(l,k)}=H(l,k)+\frac{N(l,k)}{S(l,k)}---\left(2\right)$

假定去除噪声后的信道估计接近理想信道，表示为

$\hat{H}(l,k)\approx H(l,k)---\left(3\right)$

则噪声可估计为：

$\tilde{N}(l,k)=\tilde{H}(l,k)-\hat{H}(l,k)---\left(4\right)$

则估计的噪声方差为：

${\tilde{\sigma }}^2\approx \frac{1}{\mathrm{Np}·\mathrm{Nsc}}\underset{l=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\Sigma }}\underset{k=0}{\overset{\mathrm{Nsc}-1}{\Sigma }}{|\tilde{H}(l,k)-\hat{H}(l,k)|}^2---\left(5\right)$

其中Np为的符号个数，Nsc为的子载波个数。

图1为现有技术中的噪声方差估计装置示意图，其中包括最小二乘信道估计单元 101、本地参考序列生成单元102、信道估计去噪单元103和噪声方差估计单元104。 其中，本地参考序列生成单元102用于生成用户n的本地参考序列S_n并输出至最小二 乘信道估计单元101。最小二乘信道估计单元101用于对接收到的导频信号Y与本地 参考序列S_n进行最小二乘运算，输出用户n的信道估计至信道估计去噪单元103和 噪声方差估计单元10。信道估计去噪单元103将信道估计减去噪声估计，得到去除 噪声后的信道估计至噪声方差估计单元104。噪声方差估计单元104计算噪声去除 前后的信道估计方差，并据此得到用户n的噪声方差。

在LTE系统中，支持多用户多输入多输出（MU-MIMO），即支持两个或更多的数 据流占用相同的时频资源的场景。对于MIMO系统，考虑到整个系统的接收最优，对 噪声方差的估计也需要根据接收算法准则，予以相应考虑。为了使整个系统达到最优 接收，可以采用最小均方差估计（MMSE）接收准则，此时的噪声方差估计理论上是 除去有用用户信号之外的噪声加干扰的方差。而上述噪声方差估计方法只能估计出每 个用户的噪声加干扰项，会使解调性能变差。

发明内容

本申请提供了一种MU-MIMO系统中的噪声方差的估计方法，能够较好地估计多 用户场景的噪声方差。

本申请实施例提供的一种多用户多输入多输出MU-MIMO系统中的噪声方差的估 计方法，包括：

A、对MU-MIMO系统中的第n个用户的接收信号做最小二乘信道估计，得到第 n个用户的信道估计；

B、对第n个用户的信道估计进行去噪处理，并做接收信号重构；

C、从第n个用户的接收信号中减去第n个用户重构接收信号，得到差值信号；

D、判断是否已处理完MU-MIMO系统中的全部用户，若是执行步骤E，否则令 n=n+1，返回步骤A；

E、根据MU-MIMO系统中的全部用户的差值信号计算噪声方差。

较佳地，步骤A得到的第n个用户的信道估计为： ${\tilde{H}}_n(l,k)=\frac{Y(l,k)}{S_n(l,k)}=H_n(l,k)+\frac{N(l,k)}{S_n(l,k)};$

其中，Y(l,k)为接收信号，H_n(l,k)为第n个用户的理想信道频响，N(l,k)为噪声，k=0， 1，…,Nsc-1，Nsc为用户所分配带宽的子载波个数，l是导频符号索引。n为用户索引， S_n(l,k)为用户n的本地导频序列值。

较佳地，步骤B所述接收信号重构为：$Y_n(l,k)={\hat{H}}_n(l,k)·S_n(l,k),$其中为 去噪处理后的第n个用户的信道估计。

较佳地，所述差值信号表示为$R_{n+1}(l,k)=R_n(l,k)-{\hat{H}}_n(l,k)·S_n(l,k);$其中， R₀(l,k)＝Y(l,k)。

较佳地，步骤E计算得到的噪声方差为：${\hat{\sigma }}^2\approx \frac{1}{\mathrm{Np}·\mathrm{Nsc}}\underset{l=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\Sigma }}\underset{k=0}{\overset{\mathrm{Nsc}-1}{\Sigma }}{\left|R_{n+1}(l,k)\right|}^2,$Np为 用于计算噪声方差的所有导频符号的个数。

本申请实施例还提供了一种MU-MIMO系统中的噪声方差估计装置，该装置包括：

递归单元，用于对于MU-MIMO系统中的每一个用户，分别接收一次信号，并将 所接收的信号输出，首次执行时，递归单元接收的是原始接收信号；第n+1次执行时， 递归单元接收的是相减单元输出的第n个差值信号；

接收信号重构单元，用于对于MU-MIMO系统中的每一个用户，分别重构该用户 的接收信号；

信号相减单元，用于将递归单元输出的信号与接收信号重构单元输出的信号相减， 并输出差值信号；

判断单元，用于在信号相减单元每次输出第n个用户的差值信号时，判断是否已 处理MU-MIMO系统中的全部用户，若是使能噪声方差计算单元，否则通知递归单元 和接收信号重构单元进行第n+1个用户的处理；

噪声方差计算单元，用于根据MU-MIMO系统中的全部用户的差值信号计算噪声 方差。

较佳地，所述接收信号重构单元包括：

本地参考序列生成子单元，用于对于MU-MIMO系统中的每一个用户，分别生成 其本地参考序列；

最小二乘信道估计子单元，用于将本地参考序列生成单元所生成的第n个用户的 本地参考序列与接收信号进行最小二乘估计，得到第n个用户的信道估计；

信道估计去噪子单元，用于对最小二乘信道估计单元输出的第n个用户的信道估 计进行去噪处理，并输出去噪处理后的信道估计；

信号重构子单元，用于根据信道估计去噪子单元输出的第n个用户的去噪处理后 的信道估计一级本地参考序列生成子单元输出的第n个用户的本地参考序列，重构第 n个用户的接收信号。

从以上技术方案可以看出，在接收系统中增加递归单元和用户发送信号的重构单 元，无论是在单用户场景，还是在MU-MIMO的场景都能较好的估计系统的噪声方差， 使系统能性能得到提升。

附图说明

图1为现有技术中的噪声方差估计装置示意图;

图2为本申请提供的一种噪声方差估计的方法流程示意图；

图3为本申请实施例还提供一种噪声方差估计的装置示意图。

图4为图3所示装置中的接收信号重构单元示意图。

具体实施方式

为使本申请技术方案的技术原理、特点以及技术效果更加清楚，以下结合具体实 施例对本申请技术方案进行详细阐述。

本申请提供的一种噪声方差估计的方法的原理如下：

接收信号表示如下：

$Y(l,k)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{S}_n(l,k)·H_n(l,k)+N(l,k)---\left(6\right)$

式（6）中，n为用户索引，S_n(l,k)为用户n的本地导频序列，H_n(l,k)为用户n 的理想信道频响，N为噪声，如果能很好的估计出各用户的信道频响，则噪声可以通过下式表征$\hat{N}(l,k)=Y(l,k)-\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{S}_n(l,k)·{\hat{H}}_n(l,k):$

                                  （7）

进而估计出噪声方差：${\hat{\sigma }}^2\approx \frac{1}{\mathrm{Np}·\mathrm{Nsc}}\underset{l=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\Sigma }}\underset{k=0}{\overset{\mathrm{Nsc}-1}{\Sigma }}{\left|\hat{N}(l,k)\right|}^2.$

图2为本申请提供的一种噪声方差估计的方法流程，包括如下步骤：

步骤201：对用户n的接收信号做最小二乘信道估计，

${\tilde{H}}_n(l,k)=\frac{Y(l,k)}{S_n(l,k)}=H_n(l,k)+\frac{N(l,k)}{S_n(l,k)}$

其中，k=0，1，…,Nsc-1，Nsc为用户所分配带宽的子载波个数，l是导频符号 索引。n为用户索引，S_n为用户n的本地导频序列。

步骤202：对最小二乘信道估计做去噪处理，得到

步骤203：对用户n做接收信号重构，

$Y_n(l,k)={\hat{H}}_n(l,k)·S_n(l,k)$

步骤204：从接收信号中减去用户n的重构接收信号

$R_{n+1}(l,k)=R_n(l,k)-{\hat{H}}_n(l,k)·S_n(l,k)$

其中：R₀(l,k)＝Y(l,k)，R_n(l,k)为接收信号Y(l,k)减去第1个用户至第n-1个用户的 重构接收信号后的差值。

步骤205：如果只有一个用户，进入步骤206。如果还有其他的用户，进入下 一用户的接收信号重构操作，重复步骤201到步骤204。

步骤206：噪声方差计算

${\hat{\sigma }}^2\approx \frac{1}{\mathrm{Np}·\mathrm{Nsc}}\underset{l=0}{\overset{\mathrm{Np}-1}{\Sigma }}\underset{k=0}{\overset{\mathrm{Nsc}-1}{\Sigma }}{\left|R_{n+1}(l,k)\right|}^2$

本申请实施例还提供一种噪声方差估计的装置，如图3所示，该装置包括：

递归单元，用于对于MU-MIMO系统中的每一个用户，分别接收一次信号，并将 所接收的信号输出，首次执行时，递归单元接收的是原始接收信号；第n+1次执行时， 递归单元接收的是相减单元输出的第n个差值信号；

接收信号重构单元，用于对于MU-MIMO系统中的每一个用户，分别重构该用户 的接收信号；

信号相减单元，用于将递归单元输出的信号与接收信号重构单元输出的信号相减， 并输出差值信号；

判断单元，用于在信号相减单元每次输出第n个用户的差值信号时，判断是否已 处理MU-MIMO系统中的全部用户，若是使能噪声方差计算单元，否则通知递归单元 和接收信号重构单元进行第n+1个用户的处理；

噪声方差计算单元，用于根据MU-MIMO系统中的全部用户的差值信号计算噪声 方差。

较佳地，所述接收信号重构单元如图4所示，包括：

本地参考序列生成子单元，用于对于MU-MIMO系统中的每一个用户，分别生成 其本地参考序列；

最小二乘信道估计子单元，用于将本地参考序列生成单元所生成的第n个用户的 本地参考序列与接收信号进行最小二乘估计，得到第n个用户的信道估计；

信道估计去噪子单元，用于对最小二乘信道估计单元输出的第n个用户的信道估 计进行去噪处理，并输出去噪处理后的信道估计；

信号重构子单元，用于根据信道估计去噪子单元输出的第n个用户的去噪处理后 的信道估计一级本地参考序列生成子单元输出的第n个用户的本地参考序列，重构第 n个用户的接收信号。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请的保护范围， 凡在本申请技术方案的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本申请保护的范围之内。