CN101980494A

CN101980494A - Td-lte终端测试仪器的idft实现方法及其系统

Info

Publication number: CN101980494A
Application number: CN2010105157966A
Authority: CN
Inventors: 唐恬; 赵璨; 崔清; 张治�; 邓钢
Original assignee: Xingheliangdian Communication Software Co Ltd Beijing
Current assignee: Xingheliangdian Communication Software Co Ltd Beijing
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-02-23

Abstract

本发明公开了一种TD-LTE终端测试仪器的IDFT实现方法及其系统，该方法包括步骤：S1.对长度为M的待进行IDFT变换的序列进行补零，形成长度为N的新的序列；S2.对所述新的序列进行基2快速反傅里叶变换；S3.从经过基2快速反傅里叶变换得到的序列中抽取数据，获得最终的长度为M的IDFT输出序列；其中M∈[0，1200]，且为2、3、5三种素数的乘积组合，或M＝839或139。本发明的方法及其系统利用IFFT实现了非2的整数次幂长度的任意点IDFT算法，在具备较高输出信噪比的同时保证了较高的算法效率。

Description

TD-LTE终端测试仪器的IDFT实现方法及其系统

技术领域

本发明涉及TD-LTE移动通信技术领域，尤其涉及一种TD-LTE终端测试仪器的IDFT实现方法及其系统。

背景技术

TD-SCDMA的长期演进(TD-SCDMA Long Term Evolution，TD-LTE)已经被公认为下一代蜂窝移动通信标准之一，它提供的百兆比特级数据吞吐量将使未来移动通信的发展产生革新性的变化。在TD-LTE产业发展中，TD-LTE终端测试仪器是不可或缺的一环，将在手机/终端研发、认证及生产中起到重要的保障作用。然而现有的测试仪器尺寸小、规模有限，在这样的环境下实现TD-LTE的系统功能必将为研发人员带来各方面的挑战，需要在仪器功能完整性和复杂度的有效平衡下获得最大的性能。

在TD-LTE物理层上行链路接收流程中，执行反离散傅里叶变换(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)算法是必需的步骤之一。TD-LTE协议对上行链路中的IDFT长度M提出了限制，通常情况下M的取值范围是[12，1200]，且M必须是2、3、5这三种素数的乘积组合，在物理随机接入信道(Physical Random Access Channel，PRACH)接收时还存在一种特殊情况是M只能取839或139这两种素数长度。关于M的取值范围要求导致了对IDFT无法利用经典的长度为2的整数次幂的基2快速反傅里叶变换(将基2快速反傅里叶变换简称为IFFT)实现。对于非2的整数次幂长度IDFT算法实现，2、3、5素数组合长度情况下可以使用划分-组合法，839或139这样的不可划分的素数长度情况可以使用算数傅里叶变换(Arithmetic Fourier Transform，AFT)算法等方法，但是运算复杂度都远大于IFFT算法。

在TD-LTE终端测试仪器中，考虑到规模和效率因素，物理层协议处理通常基于高集成度的数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片实现，正因如此，实现上行链路接收IDFT算法时除协议要求外还存在额外的限制或有利条件：首先，DSP芯片可以提供长度为2的整数次幂的IFFT/FFT协处理器，协处理器不占用DSP的CPU时间，效率极高，而非2的整数次幂长度IDFT算法往往需要研发人员自行开发C代码，代码运行效率远低于前者；其次，终端测试仪器中上行链路在执行IDFT算法时对IDFT信噪比损失要求较低，因为终端测试仪器上行链路总是面临射频线直连的高信噪比状况，允许IDFT存在一定的信噪比损失，经验值要求IDFT输出数据达到10dB以上信噪比即可。

综上所述，在TD-LTE终端测试仪器上行链路工程实现中，面临的难题之一是2、3、5素数乘积组合的IDFT长度，或839、139这样的特殊素数IDFT长度，需要分别使用划分-组合法和AFT等方法实现IDFT，运算量较大且需要研发人自行编程，无法利用DSP高效的IFFT/FFT协处理器。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何提高TD-LTE终端测试仪器IDFT实现方法的效率。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种TD-LTE终端测试仪器的IDFT实现方法，该方法包括步骤：

S1.对长度为M的待进行IDFT变换的序列进行补零，形成长度为N的新的序列；

S2.对所述新的序列进行基2快速反傅里叶变换；

S3.从经过基2快速反傅里叶变换得到的序列中抽取数据，获得最终的长度为M的IDFT输出序列；

其中M∈[0，1200]，且为2、3、5三种素数的乘积组合，或M＝839或139，N为2的整数幂。

优选地，在步骤S3中，抽取数据的公式为：

n＝0，1，...，M-1

其中，x_n为长度为M的IDFT输出序列，n＝0，1，...，M-1；y_n为经过基2快速反傅里叶变换得到的序列，n＝0，1，...，N-1；

表示向下取整。

优选地，在步骤S3中，抽取数据的方法为最小方差无偏线性估计算法，其公式为：

表示向下取整；d_n＝nN/M，n＝0，1，...，M-1。

优选地，N＝4096。

优选地，所述待进行IDFT变换的序列为TD-LTE终端测试仪器的上行链路信号经采样及快速傅里叶变换后得到的序列。

本发明还提供了一种TD-LTE终端测试仪上行链路的IDFT实现系统，该系统包括：补零模块，长度为M的待进行IDFT变换的序列进行补零，形成长度为N的新的序列；基2快速反傅里叶变换模块，用于变换对所述新的序列进行基2快速反傅里叶变换；抽取模块，用于从经过基2快速反傅里叶变换得到的序列中抽取数据，获得最终的长度为M的IDFT输出序列；其中M∈[0，1200]，且为2、3、5三种素数的乘积组合，或M＝839或139，N为2的整数幂。

优选地，所述抽取模块抽取数据的公式为：

n＝0，1，...，M-1

表示向下取整。

优选地所述抽取模块抽取数据的方法为最小方差无偏线性估计算法，其公式为：

其中，x_n为长度为M的IDFT输出序列，n＝0，1，...，M-1；y_n为经过基2快速反傅里叶变换得到的序列，n＝0，1，...，N-1；表示向下取整；d_n＝nN/M，n＝0，1，...，M-1。

优选地，N＝4096。

优选地，所述基2快速反傅里叶变换模块为数字信号处理芯片提供的基2快速反傅里叶变换协处理器。

(三)有益效果

本发明的方法及其系统利用IFFT实现了非2的整数次幂长度的任意点IDFT算法，在具备较高输出信噪比的同时保证了较高的算法效率。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的TD-LTE终端测试仪器的IDFT实现方法流程图；

图2为TD-LTE上行信号的普通时隙结构；

图3为M＝1200时理想QPSK信号以普通抽取方式获得的IDFT结果；

图4为M＝1200时理想QPSK信号以线性估计方式获得的IDFT结果；

图5为不同M时理想QPSK信号以线性估计方式获得的IDFT输出数据信噪比。

具体实施方式

对于本发明所提出的TD-LTE终端测试仪器的IDFT实现方法及其系统，结合附图和实施例详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的核心思想是研究在终端测试仪器中实现TD-LTE协议所要求的上行接收IDFT功能而获得的，基于IFFT及最小方差线性估计算法实现非2的整数次幂长度IDFT算法，使任意点IDFT利用IFFT实现成为可能，也即在本发明的实现中能够利用IFFT/FFT协处理器，最终保证了TD-LTE终端测试仪器上行链路实现的IDFT模块的高效率。输入数据是终端测试仪器上行链路信号采样后执行了快速傅里叶变换(Fast Fourier Transforms，FFT)的数据，主要经过补零、IFFT和线性估计三个步骤：补零步骤是将输入非2整数次幂长度M的数据末尾添零至N，，N为2的整数幂点，便于后续采用IFFT算法；IFFT步骤是对补零后数据执行IFFT算法，保证算法整体效率；线性估计步骤是依据输入数据长度与补零后长度N的关系，利用特殊的线性估计算法，在N点IFFT输出数据中选取特定的数据点进行最小方差无偏估计后得到IDFT输出数据。

其中，针对终端测试仪器上行链路接收数据执行的FFT算法，是为了进行TD-LTE协议规定的单载波频分多址(Single Carrier-Frequency Division Multiple Access SC-FDMA)解调所必需的步骤之一，终端测试仪器上行链路执行FFT后输出数据的获得方法，不在本发明的包括范围之内。本方法中的数据来源可取自TD-LTE终端测试仪器的FFT模块输出数据缓存。

如图1所示，依照本发明一种实施方式的TD-LTE终端测试仪器的IDFT实现方法，包括步骤：

S1.对长度为M的待进行IDFT变换的序列X进行补零，形成长度为N的新的序列Y；

TD-LTE上行信号的普通时隙结构如图2所示，一个时隙由7个符号(symbol)构成，每符号长度(排除循环前缀(CP))都是2048个码片(chip)，总共15360个chip。TD-LTE协议规定对于上行链路采用SC-FDMA调制方式，也即解调时每一个符号都应先做2048点FFT，再根据频域资源分配执行IDFT算法。考虑到解调每一个符号执行的算法流程是相同的，本发明内容并不限定特定的符号位置，而是以任一符号做FFT后依据频率资源分配选取出的待执行IDFT算法的数据为输入数据。

S2.利用IFFT算法，将序列Y反变换为序列y。

S3.从序列y中按照设定方法抽取数据，获得最终的长度为M的IDFT输出序列x；

其中，序列X可以表示为X_k，k＝0，1，...，M-1，依据TD-LTE物理层协议规定，M的取值范围有两种情况：一种是M∈[0，1200]，且M是2、3、5三种素数的乘积组合；另一种是M直接取839或139。

序列Y的长度N固定为4096(2的12次幂)，Y可以表示为Y_k，k＝0，1，...，N-1。序列y可以表示为y_n，n＝0，1，...，N-1。序列x可以表示为x_n，n＝0，1，...，M-1。

步骤S1中的补零即是在序列X末尾添零至N＝4096点形成新序列Y，具体地，序列Y可以表示为：

Y_{k} = \{\begin{matrix} X_{k}, k = 0,1, . . ., M - 1 \\ 0, k = M, M + 1, . . ., N - 1 \end{matrix} - - - (1)

步骤S2中的IFFT即是对序列Y执行IFFT算法，具体地，y可以表示为：

y_{n} = Σ_{k = 0}^{N - 1} Y_{k} e^{j 2 πnk / N}, n = 0,1, . . ., N - 1 - - - (2)

IFFT步骤的执行可以通过调用DSP芯片提供的IFFT协处理器实现，以保证较高的IFFT效率。IFFT协处理器只能支持2的整数次幂长度的IFFT算法，而步骤S1使序列y满足这一条件。

经过步骤S1、S2，已经获得了补零后执行了IFFT的数据。依据数字信号处理理论可知，对数据补零后执行IFFT的输出数据相当于对未补零执行IDFT输出数据进行了线性插值，依据补零前后的长度关系可以从补零IFFT输出中按照设定方法抽取出特定的数据近似为IDFT结果，该设定方法可以用公式表示为：

n＝0，1，...，M-1 (3)

这样不加特殊考虑的抽取必将带来较大的误差，图3示出了理想QPSK信号(M＝1200)经过步骤S1、S2后按以上公式抽取输出数据的星座图，可见误差很大，经计算信噪比仅为5.88dB。

虽然在TD-LTE终端测试仪器中执行IDFT算法时对输出信噪比要求较低，允许IDFT存在一定的信噪比损失，但是经验值要求IDFT输出达到10dB以上信噪比。为保证获得较好的信噪比输出，本发明的方法步骤S3中的设定方法还可为一种无偏估计的方法，以待抽取位置(d_n＝nN/M，n＝0，1，...，M-1)附加的数据点经过估计算法后作为该点的估值输出，为保证算法执行效率，该估计算法选择为算法复杂度较低的基于一阶线性模型的最小方差无偏估计方法，具体算法描述以公式表示为：

线性估计后的输出即是本发明描述的用于TD-LTE终端测试仪器的高效率且易于实现的IDFT实现方法的输出结果。图4示出了理想QPSK信号(M＝1200)经过步骤S1、S2后按线性估计公式输出数据的星座图，由图可见误差较小，经计算信噪比达到19.37dB，超过了经验值要求的输出信噪比大于10dB的要求。图5示出了不同M时理想QPSK信号经过步骤S1、S2后按线性估计公式输出数据的信噪比，可见M＜1200时，输出信噪比相对M＝1200时更大，显然满足经验值要求。显而易见地，图5也证明了本专利的方法适用于M取139和839的情况。

此外，本发明还提供了一种TD-LTE终端测试仪上行链路的IDFT实现系统，该系统包括：补零模块，长度为M的待进行IDFT变换的序列进行补零，形成长度为N的新的序列；基2快速反傅里叶变换模块，用于变换对所述新的序列进行基2快速反傅里叶变换；抽取模块，用于从经过基2快速反傅里叶变换得到的序列中按照设定方法抽取数据，获得最终的长度为M的IDFT输出序列。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。