CN103368892B - 一种ofdm系统中传输分集检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OFDM系统中传输分集检测方法及装置，涉及通信技术，本发明实施例提供一种OFDM系统中传输分集检测方法及装置，在接收天线数据后，先对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，基于进行均衡和加权后的软符号进行解调，由于先进行信噪比加权处理再进行解调，可以进行均衡和信噪比加权的联合运算，所以简化了运算量，降低了传输分集检测的复杂度。

Description

一种OFDM系统中传输分集检测方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种OFDM系统中传输分集检测方法及装置。

背景技术

在移动通信系统的产品实现中，检测模块是物理层基带处理的关键模块，其运算量也是基带处理中运算量量较大的模块之一，因此如何在尽量不损失性能的前提下，减少检测的运算量，对于减少产品的成本，优化整个系统的时序设计，减少业务面的时延都有着极其重要的作用。

目前检测算法的种类较多，主要分为以下3类：

线性检测算法，例如ZF(Zero Forcing，迫零)、MMSE(Minimum Mean SquareError，最小均方误差)检测算法。这类算法复杂度相对较小，方便工程实现，但性能较差；

干扰消除算法，例如串行干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)、排序的串行干扰消除(Ordered Serial Interference Cancellation，OSIC)或者并行干扰消除(Parallel Interference Cancellation，PIC)检测算法。这类算法一般是在线性检测算法的基础上，通过引入干扰消除机制的算法，其运算量相对较大；

最大似然(ML)算法及其简化的最大似然算法，例如球译码算法。ML算法实际上是在数据符号空间内进行穷举搜索，来寻找满足约束条件的数据符号矢量，计算复杂度以星座图中符号个数为基数，随发射天线数成指数增长。在发射天线数较小，星座图中的数据符号个数不大的条件下，最大似然算法是适用于工程实现的，但是当系统规模比较大，也就是发射天线数和/或星座图中数据符号个数比较多时，该算法的实现复杂度急剧增长，难以适用于工程实现。

由于成本及体积对于基站、终端而言是重点需要考虑的因素，因此目前的终端和基站在实现传输分集检测时，大部分采用的是线性检测算法，主要为ZF、MMSE检测算法。

在LTE系统中，第三代移动通信标准化组织(3rd Generation PartnershipProiect，3GPP)TS 36.211、36.213规定：

若物理层广播信道(physical boardcast channel，PBCH)的端口数不为1时，承载系统信息符号(System Information Block，SIB)信息、寻呼信息(paging channel，PCH)、随机接入相关的信息、半持续调度状态时的PDSCH(physical downlink shared channel，物理下行共享信道)传输均采用传输分集的形式；

当前端口不为1时，PBCH、PCFICH(物理层控制信息指示信道，physical controlformat indicator channel)、PHICH(物理层混合自动请求指示信道，physical hybridARQ indicator channel)、PDCCH(物理层下行控制信道，physical downlink controlchannel)传输时也是采用的传输分集方式；

当端口数为2时，传输分集采用SFBC(Space Frequency Block Code，空频块编码)，当为4端口时，传输分集采用SFBC+FSTD(Space Frequency BlockCode withfrequency switched transmit diversity，空频块编码和频率切换传输分集)；

此外，为了保证不同传输模式间切换的便利性，同时又为了保证不同MIMO方式切换的速度，在进行动态调度或者半持续调度时，各种搜索空间内均包含发送分集这种MIMO方式，一般模式间切换时均会先过渡到传输分集的方式再切换；用户接入该小区时，下行初始的MIMO方式也会选择传输分集方式，因此在LTE、LTE-A系统中传输分集这种MIMO方式出现的概率是很高的，因此非常有必要对传输分集的检测方式进行研究，简化其检测过程。

以LTE(Long Term Evolution，长期演进)系统为例，对下行传输分集的检测方式进行说明。

3GPP TS 36.211Release 9.0规定，当前为两端口时，传输预编码的过程如下：

输出符号y(i)＝[y⁽⁰⁾(i)y⁽¹⁾(i)]^T， 为该端口传输的符号数，为相应层的符号数，预编码的过程如下：

当为4端口时，y(i)＝[y⁽⁰⁾(i)y⁽¹⁾(i)y⁽²⁾(i)y⁽³⁾(i)]^T，

为了进一步提高线性检测的性能，使其与ML(最大似然)更加接近，通过bayes(贝叶斯)公式及最大后验概率准则，引入了一个等效信噪比加权的概念，对译码前的软比特进行了信噪比加权。

广义的检测过程包含的范围较广，这里只对均衡到译码之前的过程进行描述。如图1所示，检测过程主要包括均衡、解调和信噪比加权等步骤。

根据ZF及MMSE的检测公式、等效信噪比加权值LLR的计算如下：

对于ZF检测算法：

其中为均衡处理后的软符号，llr为信噪比加权值，H为信道估计矩阵，r为接收信号矩阵，[.]^H为矩阵的转置共轭矩阵，[.]^-1为矩阵的逆运算，diag(.)为求矩阵的对角阵。

对于MMSE检测算法：

其中为均衡处理后的软符号，llr为信噪比加权值，H为信道估计矩阵，r为接收信号矩阵，R_n为噪声相关矩阵，[.]^H为矩阵的转置共轭矩阵，[.]^-1为矩阵的逆运算，diag(.)为求矩阵的对角阵。

本发明的发明人发现，直接采用上述方式进行检测时，运算量比较大，特别是在MMSE均衡时，信噪比加权值的引入，会带来很多附加的运算，运算的复杂度较大，且产品实现时，采用的是定点实现方案，中间过程需要进行截位运算，多次累乘需要多次截位，也会带来性能上的损失，此外由于信噪比加权是针对解调后的软比特进行的，对于高阶调制，也会增加较多的运算量。

发明内容

本发明实施例提供一种OFDM系统中传输分集检测方法及装置，以降低OFDM系统中传输分集检测的运算量，降低复杂度。

一种正交频分复用OFDM系统中传输分集检测方法，包括：

对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号；

基于所述进行均衡和加权后的软符号进行解调，确定解调后的软比特。

一种正交频分复用OFDM系统中传输分集检测装置，包括：

处理单元，用于对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号；

解调单元，用于基于所述进行均衡和加权后的软符号进行解调，确定解调后的软比特。

本发明实施例提供一种OFDM系统中传输分集检测方法及装置，在接收天线数据后，先对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，基于进行均衡和加权后的软符号进行解调，由于先进行信噪比加权处理再进行解调，可以进行均衡和信噪比加权的联合运算，所以简化了运算量，降低了传输分集检测的复杂度。

附图说明

图1为现有技术中进行传输分集检测的检测顺序示意图；

图2为本发明实施例提供的OFDM系统中传输分集检测方法流程图；

图3为本发明实施例提供的进行传输分集检测的检测顺序示意图；

图4为本发明实施例提供的OFDM系统中传输分集检测装置结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种OFDM系统中传输分集检测方法及装置，在接收天线数据后，先对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，基于进行均衡和加权后的软符号进行解调，由于先进行信噪比加权处理再进行解调，可以进行均衡和信噪比加权的联合运算，所以简化了运算量，降低了传输分集检测的复杂度。

如图2所示，本发明实施例提供的OFDM系统中传输分集检测方法包括：

步骤S201、对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号；

步骤S202、基于进行均衡和加权后的软符号进行解调，确定解调后的软比特。

如图3所示，本发明实施例提供的OFDM系统中传输分集检测方法调整了解调和信噪比加权的步骤，使得均衡和信噪比加权能够同时进行，由于进行均衡和信噪比加权的联合处理，所以能够简化一些运算步骤，从而减少运算量，降低传输分集检测的复杂度。

在步骤S201中，对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，具体包括：

确定其中，A＝(h₁₀ ²(2i)+h₂₀ ²(2i)+h₁₁ ²(2i)+h₂₁ ²(2i))/2，I为2*2的单位阵，.为矩阵的点乘运算，h_kj(2i)为接收天线k，端口j子载波2i的信道估计，H为信道估计矩阵，[.]^H为矩阵的共轭转置矩阵；；

根据H^HH对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理。

无论是ZF检测，还是MMSE检测，都需要计算H^HH，假设其中

h_kj(2i)为对接收天线k，端口j子载波2i的信道估计，[.]^*为共轭的含义。

由于h_kj(2i)与h_kj(2i+1)位于同一个OFDM符号，频域相邻或者相隔一个子载波，因此可以近似认为h_kj(2i)≈h_kj(2i+1)，在采用该近似时，进行信道估计可以减少一半的计算量。

此时，其中A＝(h₁₀ ²(2i)+h₂₀ ²(2i)+h₁₁ ²(2i)+h₂₁ ²(2i))/2，I为2*2的单位阵。

进一步，在步骤S202中，对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号，具体包括：

确定等效信噪比加权值llr＝[A A]^T，其中，A＝(h₁₀ ²(2i)+h₂₀ ²(2i)+h₁₁ ²(2i)+h₂₁ ²(2i))/2，[.]^T为矩阵的转置，h_kj(2i)为接收天线k，端口j子载波2i的信道估计；

根据等效信噪比加权值，对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号。

具体的，在进行信噪比加权时，所使用的加权值是与信噪比近似的，在噪声平稳的情况下，可以认为不同层间的噪声也近似相等，所以噪声相关矩阵R_n＝σ²I，，其中，σ²为噪声功率，I为单位阵，此时可以通过相对增益来确定加权值，此时，对于ZF检测和MMSE检测，加权值均可确定为llr＝[A A]^T。

此时，进行均衡和信噪比加权处理可以按如下方法进行：

在ZF检测时，确定进行均衡和加权后的软符号为 其中， H为信道估计矩阵，H^H为矩阵H的共轭转置矩阵，E₂ ^*为E₂的共轭，e₁(2i)为载波2i天线1的接收信号，e₂(2i)为载波2i天线2的接收信号，为2i+1载波天线1的接收信号的共轭，为2i+1载波天线2的接收信号的共轭，[.]^*为共轭的含义，[.]^H为共轭转置阵的含义；

在MMSE检测时，确定进行均衡和加权后的软符号为 其中， 其中，H为信道估计矩阵，e₁(2i)为载波2i天线1的接收信号，e₂(2i)为载波2i天线2的接收信号。其中， H为信道估计矩阵，H^H为矩阵H的共轭转置矩阵，E₂ ^*为E₂的共轭，e₁(2i)为载波2i天线1的接收信号，e₂(2i)为载波2i天线2的接收信号，为2i+1载波天线1的接收信号的共轭，为2i+1载波天线2的接收信号的共轭，δ²为噪声功率，[.]^*为共轭的含义，[.]^H为共轭转置阵的含义。

基于本发明实施例提供的方法进行均衡和信噪比加权后，可以进一步按照如下方法进行均衡和加权后的软符号进行解调，确定解调后的软比特，从而进一步减少运算量：

确定解调后的软比特为：预先设定的操作数与等效信噪比加权系数的乘积与均衡和加权后的软符号中相应的提取值的线性运算值。

例如，对于以Maxlogmap解调的64QAM调制方式，可以按如下公式进行解调：

Δd²(a₁)＝-r₁

Δd²(a₂)＝|r₁|-4D·llr

Δd²(a₃)＝-(2D·llr-|Δd²(a₂)|)

Δd²(a₄)＝-r₂

Δd²(a₅)＝|r₂|-4D·llr

Δd²(a₆)＝-(2D·llr-|Δd²(b₂)|)

对于16QAM，解调公式如下：

Δd²(a₁)＝-r₁

Δd²(a₂)＝|r₁|-2D·llr

Δd²(a₃)＝-r₂

Δd²(a₄)＝|r₂|-2D·llr

对于QPSK，解调公式如下：

Δd²(a₁)＝-r₁

Δd²(a₂)＝-r₂

其中r₁，r₂为进行均衡和加权后的软符号的实部和虚部，Δd₂(a_j)为解调后的第j个软比特，对于64QAM，j取值从1到6，对于16QAM，j取值从1到4，对于QPSK，j的取值从1到2。调整信噪比加权的顺序后，llr为等效信噪比加权值，D为常数，对于64QAM，解调时只需要进行4D·llr和2D·llr的乘法计算即可完成解调的计算，而不是每个均衡和解调后的软比特值分别去乘以llr值才完成解调和加权的计算。

本发明实施例提供的检测方法对于SFBC检测和SFBC+FSTD检测均适用，在SFBC+FSTD检测时，构造等效信道估计矩阵及接收信号矩阵的方式与SFBC检测不同，本领域技术人员根据本发明实施例提供的传输分集检测方法，能够应用于SFBC检测和SFBC+FSTD检测，在此不再详细叙述。

本发明实施例提供的OFDM系统中传输分集检测方法，不仅适用于终端，也适用于基站等网络侧装置，随着LTE-A(LTEAdvanced，演进的LTE)的引入，上行引入了MIMO，多码字，也会出现传输分集MIMO检测，也可以采用本发明实施例提供的传输分集检测方法实现。

本发明实施例中仅以LTE的SFBC、SFBC+FSTD为例，该方案不仅可以用于LTE系统中，本领域技术人员也可以将该方法用于其它的OFDM系统中具有类似特性的传输分集的检测。

本发明实施例还相应提供一种正交频分复用OFDM系统中传输分集检测装置，如图4所示，包括：

处理单元401，用于对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号；

解调单元402，用于基于进行均衡和加权后的软符号进行解调，确定解调后的软比特。

其中，处理单元401对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，具体包括：

确定其中，A＝(h₁₀ ²(2i)+h₂₀ ²(2i)+h₁₁ ²(2i)+h₂₁ ²(2i))/2，.*为矩阵的点乘运算，I为2*2的单位阵，h_kj(2i)为对接收天线k，端口j子载波2i的信道估计，H为信道估计矩阵，[.]^H为矩阵的共轭转置矩阵；

根据H^HH对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理。

处理单元401具体用于：

确定等效信噪比加权值llr_eff＝[A A]^T，其中，A＝(h₁₀ ²(2i)+h₂₀ ²(2i)+h₁₁ ²(2i)+h₂₁ ²(2i))/2，[.]T为矩阵的转置，h_kj(2i)为接收天线k，端口j子载波2i的信道估计；

根据等效信噪比加权值，对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号。

此时，处理单元401具体用于：

确定ZF检测时，进行均衡和加权后的软符号为 其中， H为信道估计矩阵，H^H为矩阵H的共轭转置矩阵，E₂ ^*为E₂的共轭，e₁(2i)为载波2i天线1的接收信号，e₂(2i)为载波2i天线2的接收信号，为2i+1载波天线1的接收信号的共轭，为2i+1载波天线2的接收信号的共轭，[.]^*为共轭的含义，[.]^H为共轭转置阵的含义；

确定MMSE检测时，进行均衡和加权后的软符号为 其中， H为信道估计矩阵，H^H为矩阵H的共轭转置矩阵，E₂ ^*为E₂的共轭，e₁(2i)为载波2i天线1的接收信号，e₂(2i)为载波2i天线2的接收信号，为2i+1载波天线1的接收信号的共轭，为2i+1载波天线2的接收信号的共轭，δ₂为噪声功率，[.]^*为共轭的含义，[.]^H为共轭转置阵的含义。

解调单元402具体用于：

确定解调后的软比特为：预先设定的操作数与等效信噪比加权系数的乘积与均衡和加权后的软符号中相应的提取值的线性运算值。

本发明实施例提供一种OFDM系统中传输分集检测方法及装置，在接收天线数据后，先对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，基于进行均衡和加权后的软符号进行解调，由于先进行信噪比加权处理再进行解调，可以进行均衡和信噪比加权的联合运算，所以简化了运算量，降低了传输分集检测的复杂度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种正交频分复用OFDM系统中传输分集检测方法，其特征在于，包括：

对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号；

基于所述进行均衡和加权后的软符号进行解调，确定解调后的软比特；

其中，所述对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权处理，得到进行均衡和加权后的软符号，包括：

确定等效信噪比加权值llr_eff＝[A A]^Τ，根据所述等效信噪比加权值，对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权的联合处理，得到进行均衡和加权后的软符号，其中，A＝(h₁₀ ²(2i)+h₂₀ ²(2i)+h₁₁ ²(2i)+h₂₁ ²(2i))/2，[.]_T为矩阵的转置，h_kj(2i)为接收天线k，端口j为子载波2i的信道估计；或者，

确定根据所述H^HH对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权的联合处理，其中，H为信道估计矩阵，[.]^H为矩阵的共轭转置矩阵，.*为矩阵的点乘运算，I为2*2的单位阵。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述等效信噪比加权值，对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权的联合处理，得到进行均衡和加权后的软符号，具体包括：

确定迫零ZF检测时，进行均衡和加权后的软符号为其中，H^H为矩阵H的共轭转置矩阵，E₂ ^*为E₂的共轭，e₁(2i)为载波2i天线1的接收信号，e₂(2i)为载波2i天线2的接收信号，为2i+1载波天线1的接收信号的共轭，为2i+1载波天线2的接收信号的共轭，[.]^*为共轭的含义；

确定最小均方误差MMSE检测时，进行均衡和加权后的软符号为其中，δ²为噪声功率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述进行均衡和加权后的软符号进行解调，确定解调后的软比特，具体包括：

确定解调后的软比特为：预先设定的操作数与等效信噪比加权系数的乘积与均衡和加权后的软符号中相应的提取值的线性运算值。

4.一种正交频分复用OFDM系统中传输分集检测装置，其特征在于，包括：

处理单元，用于对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权的联合处理，得到进行均衡和加权后的软符号；

解调单元，用于基于所述进行均衡和加权后的软符号进行解调，确定解调后的软比特；

其中，所述处理单元包括：

确定等效信噪比加权值llr_eff＝[A A]^Τ，根据所述等效信噪比加权值，对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权的联合处理，得到进行均衡和加权后的软符号，其中，A＝(h₁₀ ²(2i)+h₂₀ ²(2i)+h₁₁ ²(2i)+h₂₁ ²(2i))/2，[.]^T为矩阵的转置，h_kj(2i)为接收天线k，端口j为子载波2i的信道估计；或者，

确定根据所述H^HH对接收的天线数据进行均衡和信噪比加权的联合处理，其中，H为信道估计矩阵，[.]^H为矩阵的共轭转置矩阵，.*为矩阵的点乘运算，I为2*2的单位阵。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理单元具体用于：

确定迫零ZF检测时，进行均衡和加权后的软符号为其中，H^H为矩阵H的共轭转置矩阵，E₂ ^*为E₂的共轭，e₁(2i)为载波2i天线1的接收信号，e₂(2i)为载波2i天线2的接收信号，为2i+1载波天线1的接收信号的共轭，为2i+1载波天线2的接收信号的共轭，[.]^*为共轭的含义；

确定最小均方误差MMSE检测时，进行均衡和加权后的软符号为其中，δ²为噪声功率。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述解调单元具体用于：

确定解调后的软比特为：预先设定的操作数与等效信噪比加权系数的乘积与均衡和加权后的软符号中相应的提取值的线性运算值。