单载波mmse频域均衡方法、接收机及发射机
阅读说明：本技术 单载波mmse频域均衡方法、接收机及发射机 (Single-carrier MMSE frequency domain equalization method, receiver and transmitter ) 是由 宋哲 赵钦源 王帅 陈菁菁 金万杨 张昊星 方金辉 安建平 卜祥元 于 2020-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种单载波MMSE频域均衡方法、接收机及发射机,其中方法包括：接收数据帧,所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和,确定平均噪声功率；基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差,确定信道频域特性参数；基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数,进行单载波MMSE频域均衡处理。本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法、接收机及发射机,能够将噪声数据从接收信号中准确分离,提高了噪声功率计算的准确度,使得单载波MMSE频域均衡方法能够在实际通信系统中得以应用,同时还可以在确定噪声功率时同步实现信道估计,降低了时延。(The embodiment of the invention provides a single carrier MMSE frequency domain equalization method, a receiver and a transmitter, wherein the method comprises the following steps: receiving a data frame, wherein the data frame comprises first pilot data and second pilot data with opposite complex envelopes; determining an average noise power based on a sum of the first pilot data and the second pilot data; determining a channel frequency domain characteristic parameter based on a difference between the first pilot data and the second pilot data; and carrying out single-carrier MMSE frequency domain equalization processing based on the average noise power and the channel frequency domain characteristic parameters. The single-carrier MMSE frequency domain equalization method, the receiver and the transmitter provided by the embodiment of the invention can accurately separate noise data from a received signal, improve the accuracy of noise power calculation, ensure that the single-carrier MMSE frequency domain equalization method can be applied to an actual communication system, synchronously realize channel estimation when determining the noise power and reduce time delay.)
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种单载波MMSE频域均衡方法、接收机及发射机。
背景技术
无线通信系统时常在电磁波传播环境十分恶劣的情况下工作，这种环境带来的一个基本挑战是需要克服多径传播的影响。然而，随着通信技术的不断发展和通信需求的进一步提升，为了满足通信设备用户的需求，需要提高数据传输速率，随之带来的问题是多径弥散效应导致弥散的符号数随着数据传输速率的提高而快速增加。因此相同传播环境下，多径弥散的符号数量会进一步增加，为接收机收到信号后做解调处理带来了更大的困难。
为了对抗多径效应带来的符号数增加以及频率选择性衰落的问题，常采用正交频分多址方法，但其使用多载波传输，信号峰均比(Peak-to-AverageRatio,PAR)较大，导致发射机射频使用时功率回退，制约了通信系统的性能。为了解决多载波传输造成的功放非线性所带来的射频损伤，可以采用单载波传输方案。其中，单载波MMSE(Minimum Mean SquareError，最小均方误差)频域均衡算法由于具有很强的均衡能力，能够以较小的复杂度和处理时延克服多径效应所带来的时延扩展问题，受到越来越多的关注。
然而，单载波MMSE频域均衡算法一直以来大多在仿真系统中得以验证性能，却鲜有在实际通信系统中得以应用。该算法难以实际应用的原因在于：在对信道进行均衡处理时，该算法需要获取的一个重要参数是接收信号的噪声功率值，但是在实际收发通信系统中的接收机处，接收到的信号中有效信号与噪声相互混杂、难以分离，使得难以准确计算出噪声自身的功率。
因此，如何从接收信号中分离出噪声数据并计算噪声的功率，使得计算得到的噪声功率更准确，让单载波MMSE频域均衡算法能够在实际通信系统中成功应用，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种单载波MMSE频域均衡方法、接收机及发射机，用以解决现有技术无法分离噪声数据和有效信号的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种单载波MMSE频域均衡方法，包括：
接收数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；
基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率；
基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数；
基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
可选地，所述基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率，具体包括：
将所述第一导频数据和所述第二导频数据按位对齐后相加，得到噪声数据；
基于所述噪声数据，确定平均噪声功率。
可选地，所述基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，具体包括：
将所述第一导频数据和所述第二导频数据按位对齐后相减，得到导频有效数据；
基于所述导频有效数据，确定信道频域特性参数。
可选地，所述第一导频数据和第二导频数据设置在所述数据帧的帧头与有效数据之间。
第二方面，本发明另一实施例提供一种单载波MMSE频域均衡方法，包括：
确定数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；
将所述数据帧发送至接收机，以供所述接收机基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率，基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
可选地，所述第一导频数据和第二导频数据设置在所述数据帧的帧头与有效数据之间。
第三方面，本发明实施例提供一种接收机，包括：
接收单元，用于接收数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；
噪声功率计算单元，用于基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率；
信道频域特性参数计算单元，用于基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数；
均衡单元，用于基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
第四方面，本发明实施例提供一种发射机，包括：
数据帧确定单元，用于确定数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；
发送单元，用于将所述数据帧发送至接收机，以供所述接收机基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率，基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
第五方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面或第二方面所提供的单载波MMSE频域均衡方法的步骤。
第六方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第二方面所提供的单载波MMSE频域均衡方法的步骤。
本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法、接收机及发射机，通过在数据帧中设置复包络相反的第一导频数据和第二导频数据，以供接收机基于第一导频数据和第二导频数据之和确定平均噪声功率，同时，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，最终完成单载波MMSE频域均衡处理，能够将噪声数据从接收信号中准确分离，提高了噪声功率计算的准确度，使得单载波MMSE频域均衡方法能够在实际通信系统中得以应用，同时还可以在确定噪声功率时同步实现信道估计，降低了时延。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的平均噪声功率计算方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的信道频域特性参数计算方法的流程示意图；
图4为本发明另一实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的流程示意图；
图5为本发明又一实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法中计算的平均噪声功率与真实噪声功率的对比图；
图7为本发明实施例提供的接收机的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的发射机的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的流程示意图，如图1所示，该方法的执行主体可以是接收机，该方法包括：
步骤110，接收数据帧，数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据。
具体地，接收机接收发射机发送的数据帧。现有技术中，通常在数据帧中设置一个导频数据，用以估计信道特性参数。然而，接收机在接收到仅包括一个导频数据的数据帧后，难以将噪声数据从接收信号(即接收的数据帧)中准确分离出来。为了克服现有技术存在的问题，本发明实施例在数据帧中设置了第一导频数据和第二导频数据，且第一导频数据和第二导频数据的复包络完全相反。此处，第一导频数据和第二导频数据用于确定接收信号的平均噪声功率以及信道频域特性参数。
为了获取第一导频数据和第二导频数据，接收机可以按照与发射机事先约定好的帧格式，从数据帧的特定位置提取出第一导频数据和第二导频数据。可选地，接收机首先确定数据帧的帧头，然后根据第一导频数据和第二导频数据与帧头之间的相对位置关系，对第一导频数据和第二导频数据进行定位和提取。
步骤120，基于第一导频数据和第二导频数据之和，确定平均噪声功率。
具体地，数据帧经过发射机辐射、自由空间传播、接收机LNA放大之后会在有效信号上叠加噪声。因此，接收机从接收到的数据帧中提取的第一导频数据和第二导频数据也包含了噪声数据。为了将噪声数据和有效信号准确分离，接收机对第一导频数据和第二导频数据进行求和操作。由于第一导频数据和第二导频数据的复包络完全相反，因而对第一导频数据和第二导频数据求和之后，第一导频数据和第二导频数据的复包络正好完全抵消，实现噪声数据和有效信号的准确分离。
然后，基于对第一导频数据和第二导频数据求和所得到的噪声数据，确定平均噪声功率，其中，平均噪声功率为数据帧内所有符号携带的平均噪声功率。由于数据帧的时间长度远远小于收发设备之间信道的相干时间，在数据帧的时间长度内信号所经历的信道条件基本保持不变，因此基于第一导频数据和第二导频数据之和所计算出的噪声平均功率，可以用来代表整个数据帧内所有符号携带的平均噪声功率。
步骤130，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数。
具体地，接收机将第一导频数据和第二导频数据相减，使得噪声数据基本被抵消，并且第一导频数据和第二导频数据之差的信号幅值为单一导频数据中的有效信号幅值的两倍。然后，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，其中，信道频域特性参数为频域上的信道估计参数。由于第一导频数据和第二导频数据相减后，削弱了噪声影响，且信号幅值得以增强，最终确定的信道频域特性参数具有更高的精度和准确率。
需要说明的是，接收机可以先后执行步骤120和步骤130，也可以同步执行步骤120和步骤130。
步骤140，基于平均噪声功率和信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
具体地，通过将步骤120得到的平均噪声功率和步骤130得到的信道频域特性参数代入到单载波MMSE频域均衡算法中，实现单载波MMSE频域均衡处理。
本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法，通过在数据帧中设置复包络相反的第一导频数据和第二导频数据，基于第一导频数据和第二导频数据之和确定平均噪声功率，同时，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，最终完成单载波MMSE频域均衡处理，能够将噪声数据从接收信号中准确分离，提高了噪声功率计算的准确度，使得单载波MMSE频域均衡方法能够在实际通信系统中得以应用，同时还可以在确定噪声功率时同步实现信道估计，降低了时延。
基于上述实施例，图2为本发明实施例提供的平均噪声功率计算方法的流程示意图，如图2所示，步骤120具体包括：
步骤121，将第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相加，得到噪声数据。
具体地，由于第一导频数据和第二导频数据的复包络相反，因此在对第一导频数据和第二导频数据求和时，可以将第一导频数据和第二导频数据对齐后，按位相加，得到噪声数据。其中，噪声数据的长度与第一导频数据和第二导频数据的长度相等，噪声数据的幅值为第一导频数据或第二导频数据中叠加的噪声数据幅值的两倍。
步骤122，基于噪声数据，确定平均噪声功率。
具体地，将噪声数据与其自身进行共轭相乘后累加，得到两个第一导频数据长度内所有噪声的总功率值。将该总功率值按导频符号总数求取平均值，得到平均噪声功率。其中，导频符号总数为第一导频数据及第二导频数据所携带的符号数之和。
本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法，通过对第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相加，从而确定平均噪声功率，能够将噪声数据从接收信号中准确分离，提高了噪声功率计算的准确度。
基于上述任一实施例，图3为本发明实施例提供的信道频域特性参数计算方法的流程示意图，如图3所示，步骤130具体包括：
步骤131，将第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相减，得到导频有效数据。
具体地，由于第一导频数据和第二导频数据的复包络相反，因此在求第一导频数据和第二导频数据的差值时，可以将第一导频数据和第二导频数据对齐后，按位相减，得到导频有效数据。其中，导频有效数据的长度与第一导频数据和第二导频数据的长度相等，导频有效数据的幅值为第一导频数据中有效信号幅值的两倍。
步骤132，基于导频有效数据，确定信道频域特性参数。
具体地，首先对导频有效数据进行FFT变换，得到导频有效数据变换结果。按位求取导频有效数据变换结果与第一导频数据的FFT变换结果之间的比值，作为信道响应在频域上的参数序列。然后，对信道响应在频域上的参数序列进行IFFT变换，得到信道时域特性参数序列。
由于时域上的信道特性参数反映了信道的多径情况和噪声情况，其中多径信息仅在信道时域特性参数序列的头部出现，而信道时域特性参数序列的后半部分信息为噪声信息。因此，为了去除噪声的影响，可以对信道时域特性参数序列的头部予以保留，将信道时域特性参数序列的后半部分全部置零。然后，对后部置零的信道时域特性参数序列进行FFT变换，得到信道频域特性参数。
本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法，通过对第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相减，从而确定信道频域特性参数，提高了信道频域特性参数计算的精度和准确度。
基于上述任一实施例，第一导频数据和第二导频数据可以设置在数据帧的帧头与有效数据之间。在获取第一导频数据和第二导频数据时，可以先定位数据帧的帧头，然后提取帧头后的连续两个数据序列，即为第一导频数据和第二导频数据。
本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法，通过将第一导频数据和第二导频数据设置在数据帧的帧头与有效数据之间，方便提取第一导频数据和第二导频数据，提高第一导频数据和第二导频数据的提取效率。
基于上述任一实施例，图4为本发明另一实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的流程示意图，如图4所示，该方法的执行主体可以是发射机，该方法包括：
步骤410，确定数据帧，数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据。
具体地，发射机在组帧时，按照与接收机事先约定好的帧格式，在数据帧中设置第一导频数据和第二导频数据。此处，第一导频数据和第二导频数据用于确定接收信号的平均噪声功率以及信道频域特性参数。同时应当保证第一导频数据和第二导频数据的复包络相反。其中，可以根据实际应用场景选择合适的序列作为第一导频数据和第二导频数据，例如Zadoff-Chu序列，本发明实施例对此不作具体限定。
步骤420，将数据帧发送至接收机，以供接收机基于第一导频数据和第二导频数据之和，确定平均噪声功率，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，基于平均噪声功率和信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
具体地，发射机将数据帧发送给接收机，以供接收机根据该数据帧中的第一导频数据和第二导频数据，确定平均噪声功率和信道频域特性参数，并完成单载波MMSE频域均衡处理。接收机在接收到该数据帧后，按照与发射机事先约定的帧格式，提取第一导频数据和第二导频数据。
由于数据帧经过发射机辐射、自由空间传播、接收机LNA放大之后会在有效信号上叠加噪声。因此，接收机提取的第一导频数据和第二导频数据也包含了噪声数据。为了将噪声数据和有效信号准确分离，接收机对第一导频数据和第二导频数据进行求和操作。由于第一导频数据和第二导频数据的复包络完全相反，因而对第一导频数据和第二导频数据求和之后，第一导频数据和第二导频数据的复包络正好完全抵消，实现噪声数据和有效信号的准确分离。
然后，接收机基于第一导频数据和第二导频数据之和，即求和所得到的噪声数据，确定平均噪声功率，其中，平均噪声功率为数据帧内所有符号携带的平均噪声功率。由于数据帧的时间长度远远小于收发设备之间信道的相干时间，在数据帧的时间长度内信号所经历的信道条件基本保持不变，因此接收机基于第一导频数据和第二导频数据之和所计算出的噪声平均功率，可以用来代表整个数据帧内所有符号携带的平均噪声功率。
同时，接收机将第一导频数据和第二导频数据相减，使得噪声数据基本被抵消，并且第一导频数据和第二导频数据之差的信号幅值为单一导频数据中的有效信号幅值的两倍。然后，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，其中，信道频域特性参数为频域上的信道估计参数。由于第一导频数据和第二导频数据相减后，削弱了噪声影响，且信号幅值得以加倍，最终确定的信道频域特性参数具有更高的精度和准确率。
最后，接收机通过将平均噪声功率和信道频域特性参数代入到单载波MMSE频域均衡算法中，实现单载波MMSE频域均衡处理。
本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法，通过在数据帧中设置复包络相反的第一导频数据和第二导频数据，以供接收机基于第一导频数据和第二导频数据之和确定平均噪声功率，同时，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，最终完成单载波MMSE频域均衡处理，能够将噪声数据从接收信号中准确分离，提高了噪声功率计算的准确度，使得单载波MMSE频域均衡方法能够在实际通信系统中得以应用，同时还可以在确定噪声功率时同步实现信道估计，降低了时延。
基于上述任一实施例，第一导频数据和第二导频数据可以设置在数据帧的帧头与有效数据之间。在获取第一导频数据和第二导频数据时，可以先定位数据帧的帧头，然后提取帧头后的连续两个数据序列，即为第一导频数据和第二导频数据。
本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法，通过将第一导频数据和第二导频数据设置在数据帧的帧头与有效数据之间，方便提取第一导频数据和第二导频数据，提高第一导频数据和第二导频数据的提取效率。
基于上述任一实施例，图5为本发明又一实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的流程示意图，如图5所示，该方法包括：
步骤510，发射机封装数据帧，在数据帧的帧头和有效数据之间设置复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；
步骤520，发射机将数据帧发送至接收机；
步骤530，接收机接收发射机发送的数据帧；
步骤540，接收机按照事先与发射机约定的帧格式，从数据帧中提取第一导频数据和第二导频数据；
步骤550，接收机对第一导频数据和第二导频数据按位对齐后求和，得到噪声数据，然后将噪声数据与其自身进行共轭相乘后累加，再对累加值按导频符号总数求取平均值，得到平均噪声功率；其中，导频符号总数为第一导频数据及第二导频数据所携带的符号数之和；
步骤560，接收机对第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相减，得到导频有效数据；对导频有效数据进行FFT变换，得到导频有效数据变换结果；按位求取导频有效数据变换结果与第一导频数据的FFT变换结果之间的比值，作为信道响应在频域上的参数序列；然后，对信道响应在频域上的参数序列进行IFFT变换，得到信道时域特性参数序列；再将信道时域特性参数序列的后半部分全部置零，进而进行FFT变换，得到信道频域特性参数；
步骤570，接收机将平均噪声功率和信道频域特性参数代入到单载波MMSE频域均衡算法中，实现单载波MMSE频域均衡处理。
为了证明本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的有效性，进行典型的通信收发机系统仿真，在发射机发送的信号中加入多径、添加频偏，并根据不同的信噪比Eb/N0叠加高斯白噪声，充分模拟实际无线宽带通信系统所经历的信道环境，接收机将根据本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法计算平均噪声功率。
为了验证计算出的平均噪声功率是否准确，将该平均噪声功率与添加噪声仿真时确定的实际噪声功率值求比值，其结果越靠近1，本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法中计算的平均噪声功率的准确度越高。为了得到更为精准的统计结果，在不同信噪比下均多次仿真取其平均值。
图6为本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法中计算的平均噪声功率与真实噪声功率的对比图，如图6所示，估计出的平均噪声功率与真实噪声的比值极为接近1，且在不同的信噪比下没有性能差异：在Eb/N0＝2dB时噪声比值为1.0003，在Eb/N0＝3dB时噪声比值为1.0001，在Eb/N0＝4dB时噪声比值为0.9998，在Eb/N0＝5dB时噪声比值为0.9999，在Eb/N0＝6dB时噪声比值为1，在Eb/N0＝7dB时噪声比值为1.0001，在Eb/N0＝8dB时噪声比值为0.9997，在Eb/N0＝9dB时噪声比值为0.9999，在Eb/N0＝10dB时噪声比值为1，在Eb/N0＝11dB时噪声比值为0.9998，在Eb/N0＝12dB时噪声比值为1.0004，在Eb/N0＝13dB时噪声比值为1.0003，在Eb/N0＝14dB时噪声比值为1，Eb/N0＝15dB时噪声比值为1，在Eb/N0＝16dB时噪声比值为1，在Eb/N0＝17dB时噪声比值为1.0004。
因此可以得出结论，本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡能够在实际宽带无线通信系统中很好地估计出接收信号中的平均噪声功率。
为了说明本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的有效性，在不同的信噪比条件下进行仿真，设定最大多径时延扩展为15个符号、60个采样点，并使用本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法完成全部解调处理，得到各个信噪比条件下本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的误码率。然后，将添加高斯白噪声时确定的实际噪声功率代入单载波MMSE均衡算法中完成全部解调处理，得到真实环境下单载波MMSE均衡算法在各个信噪比条件下的误码率。
经过对比分析，本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法的误码率与真实环境下的误码率非常接近，可见，本发明实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法能够提供更精准的平均噪声功率，使得整个均衡方法是切实有效的。
基于上述任一实施例，图7为本发明实施例提供的接收机的结构示意图，如图7所示，接收机包括接收单元710、噪声功率计算单元720、信道频域特性参数计算单元730和均衡单元740。
其中，接收单元710用于接收数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据。
具体地，接收单元710接收发射机发送的数据帧，其中，该数据帧中包括帧头、第一导频数据、第二导频数据等数据，且第一导频数据和第二导频数据的复包络完全相反。
可选地，第一导频数据和第二导频数据可以设置在数据帧的帧头与有效数据之间。
噪声功率计算单元720用于基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率。
具体地，为了将噪声数据和有效信号准确分离，噪声功率计算单元720对第一导频数据和第二导频数据进行求和操作。由于第一导频数据和第二导频数据的复包络完全相反，因而对第一导频数据和第二导频数据求和之后，第一导频数据和第二导频数据的复包络正好完全抵消，仅留下不受有效信号干扰的噪声数据。
然后，噪声功率计算单元720基于对第一导频数据和第二导频数据求和所得到的噪声数据，确定平均噪声功率。由于数据帧的时间长度远远小于收发设备之间信道的相干时间，在数据帧的时间长度内信号所经历的信道条件基本保持不变，因此基于第一导频数据和第二导频数据之和所计算出的噪声平均功率，可以用来代表整个数据帧内所有符号携带的平均噪声功率。
具体计算噪声功率的方法同上述实施例一致，此处不再赘述。
信道频域特性参数计算单元730用于基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数。
具体地，信道频域特性参数计算单元730将第一导频数据和第二导频数据相减，使得噪声数据基本被抵消，并且第一导频数据和第二导频数据之差的信号幅值相对于第一导频数据的信号幅值更强。然后，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，其中，信道频域特性参数为频域上的信道估计参数。
具体计算信道频域特性参数的方法同上述实施例一致，此处不再赘述。
均衡单元740用于基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
具体地，均衡单元740通过将平均噪声功率和信道频域特性参数代入到单载波MMSE频域均衡算法中，实现单载波MMSE频域均衡处理。
本发明实施例提供的接收机，通过在数据帧中设置复包络相反的第一导频数据和第二导频数据，基于第一导频数据和第二导频数据之和确定平均噪声功率，同时，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，最终完成单载波MMSE频域均衡处理，能够将噪声数据从接收信号中准确分离，提高了噪声功率计算的准确度，使得单载波MMSE频域均衡方法能够在实际通信系统中得以应用，同时还可以在确定噪声功率时同步实现信道估计，降低了时延。
基于上述任一实施例，噪声功率计算单元720具体用于：
将第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相加，得到噪声数据。
具体地，在对第一导频数据和第二导频数据求和时，噪声功率计算单元720可以将第一导频数据和第二导频数据对齐后，按位相加，得到噪声数据。其中，噪声数据的长度与第一导频数据和第二导频数据的长度相等，噪声数据的幅值为第一导频数据或第二导频数据中叠加的噪声幅值的两倍。
基于噪声数据，确定平均噪声功率。
具体地，噪声功率计算单元720将噪声数据与其自身进行共轭相乘后累加，得到两个第一导频数据长度内所有噪声的总功率值。将该总功率值按导频符号总数求取平均值，得到平均噪声功率。其中，导频符号总数为第一导频数据及第二导频数据所携带的符号数之和。
本发明实施例提供的接收机，通过对第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相加，从而确定平均噪声功率，能够将噪声数据从接收信号中准确分离，提高了噪声功率计算的准确度。
基于上述任一实施例，信道频域特性参数计算单元730具体用于：
将第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相减，得到导频有效数据。
具体地，信道频域特性参数计算单元730可以将第一导频数据和第二导频数据对齐后，按位相减，得到导频有效数据。其中，导频有效数据的长度与第一导频数据和第二导频数据的长度相等，导频有效数据的幅值为第一导频数据中有效信号幅值的两倍。
基于导频有效数据，确定信道频域特性参数。
具体地，信道频域特性参数计算单元730首先对导频有效数据进行FFT变换，得到导频有效数据变换结果。按位求取导频有效数据变换结果与第一导频数据的FFT变换结果之间的比值，作为信道响应在频域上的参数序列。然后，对信道响应在频域上的参数序列进行IFFT变换，得到信道时域特性参数序列。
为了去除噪声的影响，信道频域特性参数计算单元730可以对信道时域特性参数序列的头部予以保留，将信道时域特性参数序列的后部全部置零。然后，对后部置零的信道时域特性参数序列进行FFT变换，得到信道频域特性参数。
本发明实施例提供的接收机，通过对第一导频数据和第二导频数据按位对齐后相减，从而确定信道频域特性参数，提高了信道频域特性参数计算的精度和准确度。
基于上述任一实施例，图8为本发明实施例提供的发射机的结构示意图，如图8所示，发射机包括数据帧确定单元810和发送单元820。
其中，数据帧确定单元810用于确定数据帧，数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据。
具体地，数据帧确定单元810在组帧时，按照与接收机事先约定好的帧格式，在数据帧中设置第一导频数据和第二导频数据。同时应当保证第一导频数据和第二导频数据的复包络相反。
可选地，第一导频数据和第二导频数据可以设置在数据帧的帧头与有效数据之间。
具体确定数据帧的方法同上述实施例一致，此处不再赘述。
发送单元820用于将数据帧发送至接收机，以供接收机基于第一导频数据和第二导频数据之和，确定平均噪声功率，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，基于平均噪声功率和信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
具体地，发送单元820将数据帧发送给接收机，以供接收机根据该数据帧中的第一导频数据和第二导频数据，确定平均噪声功率和信道频域特性参数，并完成单载波MMSE频域均衡处理。接收机具体基于第一导频数据和第二导频数据之和，确定平均噪声功率，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，基于平均噪声功率和信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理的方法同上述实施例一致，此处不再赘述。
本发明实施例提供的发射机，通过在数据帧中设置复包络相反的第一导频数据和第二导频数据，以供接收机基于第一导频数据和第二导频数据之和确定平均噪声功率，同时，基于第一导频数据和第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，最终完成单载波MMSE频域均衡处理，能够将噪声数据从接收信号中准确分离，提高了噪声功率计算的准确度，使得单载波MMSE频域均衡方法能够在实际通信系统中得以应用，同时还可以在确定噪声功率时同步实现信道估计，降低了时延。
基于上述任一实施例，图9为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)910、通信接口(CommunicationsInterface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行如下方法：接收数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率；基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数；基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
处理器910还可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行如下方法：确定数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；将所述数据帧发送至接收机，以供所述接收机基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率，基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
此外，上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法，例如包括：接收数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率；基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数；基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的单载波MMSE频域均衡方法，例如包括：确定数据帧，所述数据帧包括复包络相反的第一导频数据和第二导频数据；将所述数据帧发送至接收机，以供所述接收机基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之和，确定平均噪声功率，基于所述第一导频数据和所述第二导频数据之差，确定信道频域特性参数，基于所述平均噪声功率和所述信道频域特性参数，进行单载波MMSE频域均衡处理。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。