CN102769600B - 一种ofdm系统接收机中缩放因子解调制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法及装置。本发明根据前一模块输出的缩放因子，选择一个最佳的缩放值进行一致对齐，然后将对齐后的数据送入后一模块进行处理。在解调制时，利用一个或少数几个符号算出值，然后根据缩放因子推算出其他符号上的值。缩放因子的选择以取高比特位，舍低比特位，以保证最大精度为原则。因此，本发明具有如下优点：通过在OFDM接收机中利用各个模块的缩放因子来提高数据处理精度，尤其是在各芯片厂商相继推出硬件加速器后，合理利用缩放因子能提高系统精度，并大大减少执行时间。在解调制部分，通过选择缩放因子和相应的符号来计算d值，在保证可靠性前提下减小了计算量。

Description

一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种OFDM系统接收机中缩放因子的使用及解调制的实现方法，尤其是涉及一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法及装置。

背景技术

OFDM是无线通信领域中非常有发展前景的一种多载波调制技术，目前该技术已被广泛应用于IEEE802.11a、HIPERLAN/2WLAN(WirelessLocalAreaNetwork，无线局域网)和3GPPLTE(第三代无线通信系统长期演进)等宽带无线通信系统中。

在OFDM系统中，接收机的处理往往是通过硬件用程序实现，处理时间较长。为减少算法执行时间，各芯片厂商相继推出了强大的硬件加速器MAPLE(MultiAcceleratorPlatformEngine)，不需要外加其他硬件，就可以完成基带数据的处理，性价比得到大幅提升。

硬件加速器具有高速的数据吞吐量，能高效完成特定算法的处理。在进行运算的过程中，硬件加速器往往会对数据进行移位(缩放)操作，以保证结果具有最佳精度。在输出运算结果的同时，往往会指示输出数据的缩放因子。

对于解调制部分，现有的LLR算法为：对每个符号进行统计平均算出d值，用此d值对当前符号上的星座点进行解调。此方法只关心当前符号上的数据，输出的缩放因子不起作用。此方法对所有的符号均需遍历一次，计算量较大。

本发明通过缩放因子实现对解调制部分的优化，使接收机在解调时只需要计算一个或若干个符号的d值，减少了计算量。且本发明不但适用于平坦衰落，对于其他信道环境仍能准确实现解调。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的问题，提供了一种通过在OFDM接收机中利用各个模块的缩放因子来提高数据处理精度，尤其是在各芯片厂商相继推出硬件加速器后，合理利用缩放因子能提高系统精度，并大大减少执行时间。在解调制部分，通过选择缩放因子和相应的符号来计算d值，在保证可靠性前提下减小了计算量，提高了OFDM系统接收机的性能。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，采用OFDM接收机，其特征在于各处理模块的输出不仅有数据，还有当前这组数据的缩放因子scale；各模块输出的缩放因子scale，表示当前这组数据在此缩放因子下达到了不溢出情况下的最佳精度；scale的绝对值表示数据左移或右移的二进制比特数，正表示算术右移，负表示算术左移，零表示没有移位。技术方案包括以下步骤：

步骤1，由FFT模块将时域OFDM信号r(n)转换为频域正交频分复用信号，所述正交频分复用信号包含导频信号Dmrs(i)和数据信号R(n)，以及各符号的缩放因子所述符号包括导频符号Dmrs(i)和数据符号R(n)；缩放因子包括导频符号的缩放因子和数据符号的缩放因子

步骤2，由信道估计模块通过步骤1中得到的导频信号Dmrs(i)和缩放因子做信道估计，得到实际输入数据其maxscale^FFT为导频符号缩放因子中的最大值；再根据Dmrs′(i)得到通过信道估计算法获得信道系数H(i)，以及H(i)的缩放因子

步骤3，由信道均衡模块利用得到信道系数H(i)，以及H(i)的缩放因子运算得到实际输入信道系数为其中maxscale^eq为信道系数H(i)缩放因子和用户数据符号R(n)缩放因子中的最大值；利用得到用户数据符号R(n)，以及用户数据符号的缩放因子运算得到实际输入数据为其中maxscale^eq为信道系数H(i)缩放因子和用户数据符号R(n)缩放因子中的最大值；信道均衡模块处理后，得到用户数据符号E(n)，以及均衡的缩放因子

步骤4，由解预编码模块通过步骤3中得到的利用得到的E(n)，以及缩放因子运算得到实际输入数据为其中maxscale^equ为均衡输出缩放因子中的最大值，然后将频域信号E(n)转换为时域信号p(n)，并得到解预编码的缩放因子

步骤5，由解调制模块针对步骤4中得到的时域信号p(n)和缩放因子进行解调制，得到输出的比特流d(n)。

在上述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，后一模块首先利用前一模块输出的符号数据和缩放因子scale来转换成实际输入数据，并通过scale推算解调制中的d值，所述d值表示解调制LLR算法中星座点的边界，所述步骤1至步骤5中缩放因子的定义规则是：scale_sym的绝对值表示符号sym中每个资源元素算术移位的二进制比特位数；scale_sym为正表示算术右移，负表示算术左移，零表示没有移位，每个模块输出的scale_sym表示符号sym上每个资源元素达到不溢出情况下的最佳精度。

对于上述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，解调制模块采用LLR算法，d_sym采用统计平均方法获得，所述步骤5中，解调制模块通过对某一输出符号sym做统计平均得到当前符号的d值d_sym，计算方法为： $d_{\mathrm{sym}}=\frac{\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left|\mathrm{Re}\left(p_{\mathrm{sym}}\left(i\right)\right)\right|}^2+{\left|\mathrm{Im}\left(p_{\mathrm{sym}}\left(i\right)\right)\right|}^2)}{2n},$ 其中p_sym(i)表示符号sym上的第i个星座点，为复数值。

在上述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，在解调制模块中，通过某符号sym上的d值d_sym和缩放因子得到其他符号symz上的d值d_symz，计算方法为：然后通过各个符号上的d值对当前符号上的星座点进行解调，获得解调后比特流d(n)。

在上述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，计算d值时：若符号sym上的资源块小于6时，则选择大于等于两个符号来计算d值在上述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制方法，选择用来计算d值的资源块数大于等于6，若选择大于等于两个符号来计算d值，即选择j个符号来计算d值，则执行以下选择步骤：

选择步骤1：若缩放因子为maxscale^prec的符号上的RB大于等于6，则选择缩放因子本身就等于最大缩放因子maxscale^prec的某个符号来计算d值；

选择步骤2，若缩放因子为maxscale^prec的符号上的RB小于6，则选择两个或多个缩放因子为maxscale^prec的符号来计算d值；

选择步骤3，若缩放因子为maxscale^prec的所有符号上的总RB小于6，则选择第二大的缩放因子secmaxscale^prec上的符号来计算d值，并重复步骤1和步骤2；

选择步骤4，若缩放因子为secmaxscale^prec的所有符号上的总RB小于6，选择相同缩放因子最多的缩放因子mostscale^prec作为统一对齐的缩放因子，即选择缩放因子为mostscale^prec的符号来计算d值。

一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法的装置，其特征在于包括FFT模块、信道估计模块、信道均衡模块、解预编码模块、解调制模块；所述FFT模块的输出分别与信道估计模块、信道均衡模块的输入端连接；所述信道估计模块的输出与信道均衡模块的输入端连接；所述信道均衡模块的输出与解预编码模块的输入端连接；所述解预编码模块的输出端与解调制模块的输入端相连接。

因此，本发明具有如下优点：通过在OFDM接收机中利用各个模块的缩放因子来提高数据处理精度，尤其是在各芯片厂商相继推出硬件加速器后，合理利用缩放因子能提高系统精度，并大大减少执行时间。在解调制部分，通过选择缩放因子和相应的符号来计算d值，在保证可靠性前提下减小了计算量。

附图说明

附图1是本发明的结构原理示意图；

附图2是本发明中缩放因子与符号示意图；

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本发明的核心思想是：根据前一模块输出的缩放因子，选择一个最佳的缩放值进行一致对齐，然后将对齐后的数据送入后一模块进行处理。在解调制时，利用一个或少数几个符号算出d_sym值，然后根据缩放因子推算出其他符号上的d_sym值。缩放因子的选择以取高比特位，舍低比特位，以保证最大精度为原则。

通过算出的d_sym值，可以对符号sym上的星座点进行解调制。不失一般性假设16QAM星座图中相临星座间间距为2·d_sym,按最大似然比的规则结合星座图可以得到各种调制方式对应的LLR(p_sym(i))序列的计算式。

另外，本发明中，后一模块对前一模块缩放因子scale的运用方法：

1)前一模块符号sym上输出的实际数据为为一组向量；

2)前一模块符号sym上的输出的缩放因子为

3)当前模块符号sym上输入数据的缩放因子为

4)当前模块符号sym上输入的实际数据为

5)缩放因子与存在着关系：

6)缩放因子maxscale^last与存在着关系：maxscale^last为中的最大值。

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发保护的范围。

现有OFDM接收装置可以分解为五个部分，如图1所示：

FFT模块对时域OFDM信号r(n)做FFT后得到频域OFDM数据信号R(n)、导频信号Dmrs(i)和缩放因子

信道估计模块利用导频信号Dmrs(i)和相应的缩放因子运算得到实际输入数据其中maxscale^FFT为导频符号缩放因子中的最大值；

信道估计模块处理后，得到信道系数H(i)，以及H(i)的缩放因子

信道均衡模块利用得到信道系数H(i)，以及H(i)的缩放因子运算得到实际输入信道系数为其中maxscale^eq为信道系数H(i)缩放因子和用户数据符号R(n)缩放因子中的最大值；

信道均衡模块利用得到用户数据符号R(n)，以及用户数据符号的缩放因子运算得到实际输入数据为其中maxscaleeq为信道系数H(i)缩放因子和用户数据符号R(n)缩放因子中的最大值；

信道均衡模块处理后，得到用户数据符号E(n)，以及均衡的缩放因子

解预编码模块利用得到的E(n)，以及缩放因子运算得到实际输入数据为其中maxscale^equ为均衡输出缩放因子中的最大值；

解预编码模块处理后，得到时域信号p(n)，以及解预编码的缩放因子

在解调制模块中采用LLR算法，通过对某一输出符号sym(如图2)做统计平均得到当前符号的d值d_sym，计算方法为： $d_{\mathrm{sym}}=\frac{\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}({\left|\mathrm{Re}\left(p_{\mathrm{sym}}\left(i\right)\right)\right|}^2+{\left|\mathrm{Im}\left(p_{\mathrm{sym}}\left(i\right)\right)\right|}^2)}{2n},$ 其中p_sym(i)表示符号sym上的第i个星座点，为复数值；

在解调制模块中采用LLR算法。值得注意的是：通过对某一输出符号sym做统计平均得到当前符号的d值，若符号sym上的RB小于6，统计平均算出来的d值可能会因样本较少而不准确。可选择两个或更多个符号来计算d值，其步骤为：

a)在解调制模块中，选择j个符号为sym1，sym2，…，symj。

b)在解调制模块中，分别对j个符号为进行统计平均，得到d值分别为d_sym1，d_sym2，…，d_symj。

c)在解调制模块中，对j个d值根据缩放因子 再次进行求平均，计算方法为：其中maxscale^prec为解预编码出缩放因子中的最大值。

在解调制模块中采用LLR算法，若选择j个符号来计算d值，为减少运算量和提高精度，可以遵循一定规律：

1)由于解预编码输出的各个符号的缩放因子都已知道，可以选择缩放因子本身就等于最大缩放因子maxscale^prec的符号来计算d值；

2)若缩放因子为maxscale^prec的符号上的RB小于6，则选择两个或多个缩放因子为maxscale^prec的符号来计算d值；

3)若缩放因子为maxscale^prec的所有符号上的总RB小于6，则选择第二大的缩放因子secmaxscale^prec上的符号来计算d值，并重复1)和2)；

4)若缩放因子为secmaxscale^prec的所有符号上的总RB小于6，可以选择相同缩放因子最多的缩放因子mostscale^prec作为统一对齐的缩放因子，即选择缩放因子为mostscale^prec的符号来计算d值。

在解调制模块中，通过某符号sym上的d值d_sym和缩放因子 可得到其他符号symz上的d值d_symz，计算方法为：

在解调制模块中，通过各个符号上的d值对当前符号上的星座点进行解调，可以或得解调后比特流d(n)。

本发明在对缩放因子的选择过程中，是以最大缩放因子对齐，目的是尽可能保能高比特位，舍低比特位，保证最高精度。但这并不是唯一的，缩放因子也可以选择最小值，或者中间值。对缩放因子的选择也属于本发明的保护范围。

通过使用本发明实施例提供的缩放因子的使用方法和解调制算法，提高了系统的精度和减少了运算量，尤其是在各个模块使用了硬件加速器MAPLE后，整个系统的增益得到了较明显提高。

通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明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，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质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，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(手机、个人计算机、服务器、基站、网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，这些并没有偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，采用OFDM接收机，其特征在于各处理模块的输出不仅有数据，还有当前这组数据的缩放因子scale；各模块输出的缩放因子scale，表示当前这组数据在此缩放因子下达到了不溢出情况下的最佳精度；scale的绝对值表示数据左移或右移的二进制比特数，正表示算术右移，负表示算术左移，零表示没有移位，包括以下步骤：

步骤1，由FFT模块将时域OFDM信号r(n)转换为频域正交频分复用信号，所述正交频分复用信号包含导频符号Dmrs(i)和数据符号R(n)，以及各符号数据的缩放因子所述符号包括导频符号Dmrs(i)和数据符号R(n)；缩放因子包括导频符号的缩放因子和数据符号的缩放因子

步骤2，由信道估计模块通过步骤1中得到的导频符号Dmrs(i)和缩放因子做信道估计，得到实际输入数据 ${\mathrm{Dmrs}}^{\′}\left(i\right)=\frac{1}{2^{{\mathrm{maxscale}}^{FFT}-{\mathrm{scale}}_i^{FFT}}}\·Dmrs\left(i\right),$ 其maxscale^FFT为导频符号缩放因子中的最大值；再根据Dmrs'(i)得到通过信道估计算法获得信道系数H(i)，以及H(i)的缩放因子

步骤3，由信道均衡模块利用得到信道系数H(i)，以及H(i)的缩放因子运算得到实际输入信道系数为其中maxscale^eq为信道系数H(i)缩放因子和用户数据符号R(n)缩放因子中的最大值；利用得到用户数据符号R(n)，以及用户数据符号的缩放因子运算得到实际输入数据为其中maxscale^eq为信道系数H(i)缩放因子和用户数据符号R(n)缩放因子中的最大值；信道均衡模块处理后，得到用户数据符号E(n)，以及均衡的缩放因子

步骤4，由解预编码模块通过步骤3中得到的E(n)，以及缩放因子运算得到实际输入数据为其中maxscale^equ为均衡输出缩放因子中的最大值，然后将频域信号E(n)转换为时域信号p(n)，并得到解预编码的缩放因子

步骤5，由解调制模块针对步骤4中得到的时域信号p(n)和缩放因子进行解调制，得到输出的比特流d(n)。

2.根据权利要求1所述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，其特征在于，后一模块首先利用前一模块输出的符号数据和缩放因子scale来转换成实际输入数据，并通过scale推算解调制中的d值，所述d值表示解调制LLR算法中星座点的边界，所述步骤1至步骤5中缩放因子的定义规则是：scale_sym的绝对值表示符号sym中每个资源元素算术移位的二进制比特位数；scale_sym为正表示算术右移，负表示算术左移，零表示没有移位，每个模块输出的scale_sym表示符号sym上每个资源元素达到不溢出情况下的最佳精度。

3.根据权利要求1所述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，其特征在于，解调制模块采用LLR算法，d_sym采用统计平均方法获得，所述步骤5中，解调制模块通过对某一输出符号sym做统计平均得到当前符号的d值d_sym，计算方法为：其中p_sym(i)表示符号sym上的第i个星座点，为复数值；n表示当前符号sym上星座点的个数。

4.根据权利要求3所述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，其特征在于，在解调制模块中，通过某符号sym上的d值d_sym和缩放因子scale_sym、scale_symz，得到其他符号symz上的d值d_symz，计算方法为：然后通过各个符号上的d值对当前符号上的星座点进行解调，获得解调后比特流d(n)。

5.根据权利要求3所述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，其特征在于，计算d值时：若符号sym上的资源块小于6时，则选择大于等于两个符号来计算d值。

6.根据权利要求5所述的一种OFDM系统接收机中缩放因子解调制的方法，其特征在于，选择用来计算d值的资源块数小于6，若选择大于等于两个符号来计算d值，即选择j个符号来计算d值，则执行以下选择步骤：

选择步骤1：若缩放因子为maxscale^prec的符号上的RB大于等于6，则选择缩放因子本身就等于最大缩放因子maxscale^prec的某个符号来计算d值；RB为ResourceBlock，表示资源块；一个RB包含若干个RE，RE表示资源元素；

选择步骤2，若缩放因子为maxscale^prec的符号上的RB小于6，则选择两个或多个缩放因子为maxscale^prec的符号来计算d值；

选择步骤3，若缩放因子为maxscale^prec的所有符号上的总RB小于6，则选择第二大的缩放因子secmaxscale^prec上的符号来计算d值，并重复以下步骤：

步骤1，由FFT模块将时域OFDM信号r(n)转换为频域正交频分复用信号，所述正交频分复用信号包含导频符号Dmrs(i)和数据符号R(n)，以及各符号数据的缩放因子所述符号包括导频符号Dmrs(i)和数据符号R(n)；缩放因子包括导频符号的缩放因子和数据符号的缩放因子

步骤2，由信道估计模块通过步骤1中得到的导频符号Dmrs(i)和缩放

因子做e信道估计，得到实际输入数据 ${\mathrm{Dmrs}}^{\′}\left(i\right)=\frac{1}{2^{{\mathrm{maxscale}}^{FFT}-{\mathrm{scale}}_i^{FFT}}}\·Dmrs\left(i\right),$ 其maxscale^FFT为导频符号缩放因子中的最大值；再根据Dmrs'(i)得到通过信道估计算法获得信道系数H(i)，以及H(i)的缩放因子

选择步骤4，若缩放因子为secmaxscale^prec的所有符号上的总RB小于6，选择相同缩放因子最多的缩放因子mostscale^prec作为统一对齐的缩放因子，即选择缩放因子为mostscale^prec的符号来计算d值。