信噪比的估计方法和装置、移动终端与流程

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种信噪比的估计方法和装置、移动终端。

背景技术：
随着通讯技术的发展，为了提高系统的吞吐率，自适应编码调制技术应运而生。自适应编码调制技术能够根据传输信道的质量自适应的调节编码调制方式，在保证系统性能的前提下，确定信号发送端的调制编码方式，从而提高系统的吞吐量。在无线通信系统中，移动终端根据接收信号对无线链路的质量进行监测，并根据监测结果估计出能够正确解析的最佳调制编码方式上报给通讯基站，以实现基站到移动终端的下行吞吐率的最大化。可见，准确的监控无线链路的质量，尤其是对目前最多使用高阶正交振幅调制（QAM，QuadratureAmplitudeModulation）调制方式的无线链路的质量监控，成为是无线通讯系统中自适应调制编码技术实现的关键。现有技术中，对无线链路质量的监控方法主要三种：第一种方法通过统计一定时间内终端解析数据的正确概率来监控无线链路的质量，虽然这种方法实现简单，但是需要统计一段时间内的误块率，无法实时跟踪无线链路的变化；第二种方法是利用某一种已知信号对无线链路的质量进行监控，如利用协议规定的导频信号，但是这种方法的实现需要依赖协议或其他规则，通用性差；第三种方法是利用接收到的QAM信号的星座图进行硬判决，然后根据接收信号与硬判决信号之间的平均距离来估计信噪比，再根据信噪比来估计调制编码方式，但是随着QAM阶数变高，噪声会越来越大，硬判决的错误率也会逐步加大，导致依据硬判决的信噪比的估计的误差也越来越大，进而影响无线线路的性能和容量。相关技术可以参考公开号为US2006119494A1的美国专利。

技术实现要素：
本发明技术方案解决的技术问题是：如何准确的进行高阶QAM信号的信噪比估计。为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种信噪比的估计方法，包括：对高阶QAM信号对应的QAM星座图进行降阶处理，得到低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界；基于所述高阶QAM信号和所述低阶QAM信号估计原始信噪比；基于所述低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界确定信噪比校正因子，并对所述原始信噪比进行校正，得到所述高阶QAM信号的信噪比。可选的，所述高阶QAM信号的调制阶数M=mi，其中i大于1，m为所述低阶QAM星座图的阶数；所述对高阶QAM信号的高阶QAM星座图进行降阶转换，得到低阶QAM星座图的星座区间边界包括：初始化降阶星座区间边界New_Bound=Old_Bound、降阶阶数M_low=M/m，设置迭代标志，其中Old_Bound为所述高阶星座图的星座区间边界；基于所述高阶QAM信号和New_Bound执行星座图转换步骤，得到转换后的星座图对应的QAM信号；在所述星座图转换步骤后，若M_low>m，则设置M_low=M_low/m，基于所述转换后的星座图对应的QAM信号更新New_Bound，再次执行所述星座转换步骤；在所述星座图转换步骤后，若M_low=m且所述迭代标志被设置，则设置New_Bound=New_Bound*M/m、M_low=M/m后撤销迭代标志，再次执行所述星座图转换步骤；在所述星座图转换步骤后，若M_low=m且所述迭代标志被撤销，则确定所述低阶QAM星座图的星座区间边界为New_Bound，所述低阶QAM信号为Sym_new(n)。可选的，m=4，所述星座图转换步骤基于下述公式得到转换后的星座图对应的QAM信号：Sym_new(n)=|sym_re(n)|-New_Bound+(|Sym_im(n)|-New_Bound)*j其中，Sym_new(n)为所述转换后的星座图对应的QAM信号，Sym_re(n)为所述高阶QAM信号Sym(n)的实部，Sym_im(n)为所述高阶QAM信号Sym(n)的虚部，其中n为小于或等于N-1的整数，N为所述高阶QAM信号的符号总个数。可选的，所述基于所述转换后的星座图对应的QAM信号更新New_Bound通过下述公式实现：其中，Sym_new_re(n)为所述转换后的星座图对应的QAM信号Sym_new(n)的实部，Sym_new_im(n)为所述转换后的星座图对应的QAM信号Sym_new(n)的虚部，其中n为小于或等于N-1的整数，N为所述高阶QAM信号的符号总个数。可选的，所述高阶星座图的星座区间边界根据下述公式获得：其中，Sym_re(n)为所述高阶QAM信号Sym(n)的实部，Sym_im(n)为所述高阶QAM信号Sym(n)的虚部，其中N为所述高阶QAM信号的符号总个数。可选的，所述基于所述高阶QAM信号和所述低阶QAM信号估计原始信噪比包括：按照如下公式计算所述高阶QAM信号的接收功率Ps：其中，Sym_re(n)为所述高阶QAM信号Sym(n)的实部，Sym_im(n)为所述高阶QAM信号Sym(n)的虚部，n为小于或等于N-1的整数，N为所述高阶QAM信号的符号总个数；按照如下公式估计所述低阶QAM信号的噪声功率Pn：其中，Sym_new_re(n)为所述转换后的星座图对应的QAM信号Sym_new(n)的实部，Sym_new_im(n)为所述转换后的星座图对应的QAM信号Sym_new(n)的虚部，其中n为小于或等于N-1的整数，N为所述高阶QAM信号的符号总个数；按照如下公式计算所述原始信噪比SNR_Pre：SNR_Pre=(Ps-Pn)/Pn。可选的，所述基于所述低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界确定信噪比校正因子，并对所述原始信噪比进行校正，得到所述高阶QAM信号的信噪比，包括：基于所述低阶QAM星座图的星座区间边界对所述低阶QAM星座图进行分布统计，以统计噪声功率和信号功率的比值为预定值的符号；基于所述分布统计，确定信噪比校正因子；基于所述信噪比校正因子，对所述原始信噪比进行校正。可选的，所述对所述低阶QAM星座图进行分布统计包括：划分所述低阶QAM星座图的统计区域，所述统计区域包括第一统计区域和第二统计区域，其中，落入所述统计区域的符号的噪声功率和信号功率的比值为预定值；统计落入所述第一统计区域的所述低阶QAM信号的符号点数A和落入所述第二统计区域的所述低阶QAM信号的符号点数B。可选的，所述第一统计区域包括：New_Bound/2<I<3*New_Bound/2且New_Bound/2<Q<3*New_Bound/2的区域；所述第二统计区域为包括：-3*New_Bound/2<I<-New_Bound/2且-3*New_Bound/2<Q<-New_Bound/2的区域，其中New_Bound为所述低阶QAM星座图的星座区间边界，I为所述低阶QAM星座图的实部坐标，Q为所述低阶QAM星座图的虚部坐标。可选的，所述确定信噪比校正因子为：CF=1-(N-A-B)/(A+B)其中，CF为信噪比校正因子，N为所述高阶QAM信号的符号总个数。可选的，基于所述信噪比校正因子，对所述原始信噪比进行校正的公式为：SNR_cf＝SNR_pre*(1+CF)/2其中，SNR_cf为所述高阶QAM信号的信噪比，SNR_pre为原始信噪比，CF为信噪比校正因子。为解决上述问题，本发明技术方案提供一种信噪比的估计装置，其特征在于，包括：降阶转换单元，用于对高阶QAM信号对应的QAM星座图进行降阶处理，得到低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界；原始信噪比估计单元，用于基于所述高阶QAM信号和所述低阶QAM信号估计原始信噪比；信噪比校正单元，用于基于所述低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界确定信噪比校正因子，并对所述原始信噪比进行校正，得到所述高阶QAM信号的信噪比。可选的，所述降阶转换单元包括：初始化单元，用于初始化降阶星座区间边界New_Bound=Old_Bound、降阶阶数M_low=M/m，设置迭代标志，其中Old_Bound为所述高阶星座图的星座区间边界；星座图转换单元，用于基于所述高阶QAM信号和New_Bound执行星座图转换步骤，得到转换后的星座图对应的QAM信号；第一循环判断单元，用于在所述星座图转换步骤后，若M_low>m，则设置M_low=M_low/m，基于所述转换后的星座图对应的QAM信号更新New_Bound，指示所述星座转换单元再次执行所述星座转换步骤；第二循环判断单元，用于在所述星座图转换步骤后，若M_low=m且所述迭代标志被设置，则设置New_Bound=New_Bound*M/m、M_low=M/m后撤销迭代标志，指示所述星座转换单元再次执行所述星座图转换步骤；确定单元，用于在所述星座图转换步骤后，若M_low=m且所述迭代标志被撤销，则确定所述低阶QAM星座图的星座区间边界为New_Bound，所述低阶QAM信号为Sym_new(n)。可选的，所述原始信噪比估计单元包括：接收功率计算单元，用于计算所述高阶QAM信号的接收信号功率；噪声功率计算单元，用于计算所述低阶QAM信号的噪声功率；原始信噪比计算单元，用于计算所述高阶QAM信号的原始信噪比。可选的，所述信噪比校正单元包括：分布统计单元，用于基于所述低阶QAM星座图的星座区间边界对所述低阶QAM星座图进行分布统计，以统计噪声功率和信号功率的比值为预定值的符号；信噪比校正因子确定单元，用于基于所述分布统计，确定信噪比校正因子；信噪比校正单元，用于基于所述信噪比校正因子，对所述原始信噪比进行校正。可选的，所述分布统计单元包括：区域划分单元，用于划分所述低阶QAM星座图的统计区域，所述统计区域包括第一统计区域和第二统计区域，其中，落入所述统计区域的符号的噪声功率和信号功率的比值为预定值；统计单元，用于统计落入所述第一统计区域的所述低阶QAM信号的符号点数A和落入所述第二统计区域的所述低阶QAM信号的符号点数B。本发明技术方案还提供一种移动终端，包括所述任一项所述的信噪比的估计装置。可选的，所述移动终端的工作模式为LTE制式或者TD-SCDMA制式。本发明技术方案提供的信噪比的估计方法，通过星座图坐标转换，将高阶QAM信号降阶处理为低阶QAM信号，并计算原始信噪比；再根据低阶QAM信号及其QAM星座图，计算信噪比校正因子，对原始信噪比进行校正得到更加准确的高阶QAM信号的最终的信噪比。所述信噪比的估计方法可以实时监测无线链路的变化，且与无线链路的具体协议无关，在QAM信号的阶数较高的情况下，也能准确的估计信噪比，且计算更简单，效率更高。附图说明图1为本发明技术方案的信噪比的估计方法的流程图；图2为本发明实施例的QAM信号的星座图；图3为本发明实施例的高阶QAM信号降阶处理流程示意图；图4为本发明实施例的原始信噪比的计算流程示意图；图5为本发明实施例的对原始信噪比的进行校正的流程示意图；图6为本发明实施例的统计区域划分结果示意图；图7为本发明实施例的信噪比的估计装置的结构示意图。具体实施方式移动终端通过估计接收到的高阶QAM信号的信噪比，就可以估计出最佳的调制编码方式并上报给基站，从而使基站到移动终端的下行吞吐率最大。可见，如何准确的估计出高阶QAM信号的信噪比是自适应编码调制技术中的关键一步。为解决上述问题，发明人提出了一种信噪比的估计方法，适用于高阶QAM信号的信噪比估计，如图1所示，包括：步骤S1：对高阶QAM信号对应的QAM星座图进行降阶处理，得到低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界；步骤S2：基于所述高阶QAM信号和所述低阶QAM信号估计原始信噪比；步骤S3：基于所述低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界确定信噪比校正因子，并对所述原始信噪比进行校正，得到所述高阶QAM信号的信噪比。其中，所述高阶QAM信号的调制阶数M=mi，其中i大于1，m为所述低阶QAM星座图的阶数。需要说明的是，本发明技术方案所述的高阶、低阶是相对而言的，例如，现有的QAM调制如256QAM、64QAM、16QAM、4QAM，其中，4QAM信号相对于16QAM信号、64QAM信号、256QAM信号称为低阶QAM信号，16QAM信号相对于64QAM信号、256QAM信号称为低阶QAM信号。或者，高阶QAM信号也可以称为第一QAM信号、低阶QAM信号也可以称为第二QAM信号，其中所述第一QAM信号的调制阶数高于所述第二QAM信号。步骤S1就是将调制阶数相对较高的QAM信号通过星座图转换得到调制阶数相对较低的QAM信号，如可以将16QAM信号、64QAM信号或256QAM信号转换为4QAM信号，将256QAM信号转换为16QAM信号等。本发明技术方案的信噪比的估计方法，可以实时监测无线链路的变化，且不涉及无线链路的协议实现，在QAM信号的阶数较高的情况下，也能准确的估计信噪比，且计算更简单，效率更高。为使本发明的上述目的、特征和优点更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。以TD-SCDMA系统为例，移动终端经过信道估计、联合检测等解调处理后，得到了QAM信号以及与其对应的QAM星座图。如图2所示，(a)、(b)、(c)分别为4QAM信号、16QAM信号和64QAM信号所对应的QAM星座图。图中，每一个点就代表一个QAM符号。按照现有技术的QAM信号的信噪比估计方法，首先对QAM信号的星座图进行硬判决，再根据接收信号与硬判决信号的平均距离来估计信噪比。从图2可以看出，随着QAM信号的阶数的提高，QAM星座图中符号之间的距离就越小，由于噪声的影响，硬判决的错误率会增加，进而导致信噪比的估计越来越不准确。为了降低QAM信号的阶数对信噪比估计的影响，本发明实施例的信噪比的估计方法，首先执行步骤S1：对所述高阶QAM信号对应的QAM星座图进行降阶处理，得到低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界，本实施例中，m取值为4，即表示经过降阶转换后的低阶QAM星座图的阶数为4，所述高阶QAM信号为16QAM、64QAM或256QAM，如图3所示，步骤S1包括：步骤S11：初始化降阶星座区间边界New_Bound、降阶阶数M_low，设置迭代标志I。具体的，New_Bound=Old_Bound，M_low=M/4，I=0。其中Old_Bound为高阶QAM星座图的星座区间边界，计算公式如下：Sym(n)=Sym_re(n)+Sym_im(n)*j其中Sym_re(n)为高阶QAM信号Sym(n)的实部，Sym_im(n)为16QAM信号Sym(n)的虚部，n为小于或等于N-1的整数，N为所述高阶QAM信号的符号总个数。例如在LTE或者TD-SCDMA系统中，N为一个无线子帧中包含的QAM信号的符号总个数。迭代标志的设置主要是用来指示迭代运算的，因此只要能达到指示效果即可，在本实施例中，对I赋值为0表示设置了迭代指示。当然，也可以采用其他方式，例如对迭代指示赋值为0xff表示其被设置等等。步骤S12：执行星座转换步骤，得到与M_low对应的QAM信号Sym_new(n)。在步骤S11的初始化过程中，实际已经对高阶QAM星座图进行了一次降阶处理，因此首先要得到与降阶处理后的星座图对应的QAM信号，为后续的降阶做准备。具体的，与M_low对应的QAM信号Sym_new(n)的计算公式如下：sym_new(n)=|sym_re(n)|-New_Bound+(|Sym_im(n)|-New_Bound)*j步骤S13：判断M_low是否等于4。若步骤S13判断结果为否，实际上就是M_low大于4，则执行步骤S14：更新New_Bound、M_Low，然后再次执行步骤S12。具体的，更新M_low公式为M_low=M_low/4，更新New_Bound的公式为：其中，Sym_new(n)re为步骤S12中计算所得的Sym_new(n)的实部，Sym_new_im(n)为步骤S12中计算所得的Sym_new(n)的虚部。若步骤S13的判断结果为是，则执行步骤S15：判断迭代标志I是否被设置。在本实施例中，I=0表示被设置，I≠0表示被撤销。若步骤S15的判断结果为是，则执行步骤S16；步骤S16：重新设置New_Bound和M_low，并撤销迭代标志，再执行步骤S12。具体的，设置New_Bound和M_low的公式如下：New_Bound=New_Bound*M/4M_low=M/4迭代标志I的撤销，可以是对I赋值为任何非零的整数，在本发明实施例中，可以设置I=I+1。若步骤S15的判断结果为否，则执行步骤S17：得到4阶QAM信号Sym_new(n)及对应的4阶QAM星座图的星座区间边界New_Bound。举例来说，以16QAM信号为例，即M=16，按照步骤S11至步骤S17的软解调的具体执行过程为：执行步骤S11：New_Bound=Old_Bound，M_low=M/4=4，I=0；执行步骤S12：计算Sym_new(n)；执行步骤S13：判断结果为是（M_low=4）；执行步骤S15：判断结果为是（I=0）；执行步骤S16：New_Bound=New_Bound*M/4=New_Bound*4、M_low=M/4，I=1，返回步骤S12；执行步骤S12：计算Sym_new(n)；执行步骤S13：判断结果为是（M_low=4）；执行步骤S15：判断结果为否（I=1）；执行步骤S17：得到4阶QAM信号Sym_new(n)及对应的4阶QAM星座图的星座区间边界New_Bound。接着执行步骤S2：基于所述高阶QAM信号和所述低阶QAM信号估计原始信噪比。本实施例中，如图4所示，步骤S2包括：步骤S21：基于高阶QAM信号计算接收信号的功率Ps。计算公式如下：步骤S22：基于低阶QAM信号计算噪声功率Pn。计算公式如下：步骤S23：计算原始信噪比SNR_Pre，公式如下：SNR_Pre=（Ps-Pn）/Pn此时计算所得的原始信噪比还不是很准确，需要进一步的对其进行校正。即执行步骤S3：基于所述低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界确定信噪比校正因子，并对所述原始信噪比进行校正，得到所述高阶QAM信号的信噪比。本发明实施例的对原始信噪比进行校正的流程如图5所示，包括：步骤S31：对低阶QAM星座图进行统计区域划分。其中，第一统计区域为New_Bound/2<I<3*New_Bound/2且New_Bound/2<Q<3*New_Bound/2的区域，第二统计区域为-3*New_Bound/2<I<-New_Bound/2且-3*New_Bound/2<Q<-New_Bound/2的区域，其中New_Bound为所述低阶QAM星座图的星座区间边界，I为所述低阶QAM星座图的实部坐标，Q为所述低阶QAM星座图的虚部坐标，如图6所示。划分的标准，是落在统计区域内的符号的噪声功率和信号功率的比值为预定值，例如本实施例的预定值为1/8，在其他实施例中，所述预定值也可以为1/4等。另外，本发明实施例给出的统计区域为矩形，在其他实施例中，统计区域也可以是圆形。步骤S32：统计低阶QAM信号落入第一统计区域的符号点数A和落入第二统计区域的符号点数B。步骤S31和S32就是统计低阶QAM星座图中噪声功率和信号功率的比值为预定值的符号。步骤S33：确定信噪比校正因子CF=1-(N-A-B)/(A+B)；可以看出，校正因子可以反映落入统计区域的符号点数占总的符号点数的比例，且统计区域内的符号点占总符号点数的比例越高，校正因子就越小。步骤S34：对原始信噪比进行校正，得到高阶QAM信号的信噪比SNR_cf＝SNR_pre*(1+CF)/2。步骤S33和S34中，CF和SNR_cf的计算并不限于本发明实施例提供的公式，也可以利用曲线拟合等方法来推导相应的计算公式。如图7所示为本发明实施例的信噪比的估计装置，包括：降阶转换单元71，用于对所述高阶QAM信号对应的QAM星座图进行降阶处理，得到低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界；原始信噪比估计单元72，用于基于所述高阶QAM信号和所述低阶QAM信号估计原始信噪比；信噪比校正单元73，用于基于所述低阶QAM信号及对应的低阶QAM星座图的星座区间边界确定信噪比校正因子，并对所述原始信噪比进行校正，得到所述高阶QAM信号的信噪比。在本实施例中，所述降阶转换单元71进一步包括：初始化单元，用于初始化降阶星座区间边界New_Bound=Old_Bound、降阶阶数M_low=M/m，设置迭代标志，其中Old_Bound为所述高阶星座图的星座区间边界；星座图转换单元，用于基于所述高阶QAM信号和New_Bound执行星座图转换步骤，得到转换后的星座图对应的QAM信号；第一循环判断单元，用于在所述星座图转换步骤后，若M_low>m，则设置M_low=M_low/m，基于所述转换后的星座图对应的QAM信号更新New_Bound，指示所述星座转换单元再次执行所述星座转换步骤；第二循环判断单元，用于在所述星座图转换步骤后，若M_low=m且所述迭代标志被设置，则设置New_Bound=New_Bound*M/m、M_low=M/m后撤销迭代标志，指示所述星座转换单元再次执行所述星座图转换步骤；确定单元，用于在所述星座图转换步骤后，若M_low=m且所述迭代标志被撤销，则确定所述低阶QAM星座图的星座区间边界为New_Bound，所述低阶QAM信号为Sym_new(n)。所述原始信噪比估计单元72进一步包括：接收功率计算单元，用于计算所述高阶QAM信号的接收信号功率；噪声功率计算单元，用于计算所述低阶QAM信号的噪声功率；原始信噪比计算单元，用于计算所述高阶QAM信号的原始信噪比。所述信噪比校正单元73进一步包括：分布统计单元，用于基于所述低阶QAM星座图的星座区间边界对所述低阶QAM星座图进行分布统计，以统计噪声功率和信号功率的比值为预定值的符号；信噪比校正因子确定单元，用于基于所述分布统计，确定信噪比校正因子；信噪比校正单元，用于基于所述信噪比校正因子，对所述原始信噪比进行校正。本发明实施例的信噪比的估计装置可以广泛的应用在有线通讯网络和无线通讯网络中，例如可以用在LTE或者TD-SCDMA的移动终端中，对接收到的无线信号进行信噪比估计。移动终端可以根据信噪进一步的估计出无线链路最佳的调制编码方式，并上报给基站，以达到基站到移动终端的下行吞吐量的最大化。综上，本发明技术方案至少具有如下有益效果：可以实时监测无线链路的变化，且与无线链路的具体协议无关，在QAM信号的阶数较高的情况下，也能准确的估计信噪比，且计算更简单，效率更高。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。