CN104301016A - 一种基于多核dsp的mimo并行检测方法及系统 - Google Patents

一种基于多核dsp的mimo并行检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多核DSP的MIMO并行检测方法及系统,涉及无线通信技术领域,本发明通过将DSP的N个核分为主控核和解调核,使得主控核发送的控制信息同时到达解调核,实现了并行处理,提高了MIMO的数据处理效率和数据处理能力。

Description

一种基于多核DSP的MIMO并行检测方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,特别涉及一种基于多核DSP的MIMO并行检测方法及系统。
背景技术
随着无线通信的快速发展,LTE技术已经进入到了人们的生活中,LTE技术的物理层采用OFDM和MIMO基本架构作为无线系统演进的唯一标准。然而MIMO解调过程的实现问题一直是科研人员研究的重要问题,MIMO解调的高复杂性很大程度上制约了MIMO检测技术的实现。
MIMO检测的基本思想为:接收机根据天线端口上接收到的信号,根据信道估计的冲击响应矩阵和噪声恢复出原始发送数据的过程。现在LTE的理论研究已经特别成熟,但是复杂度很高的MIMO解调问题依然是需要研究的一个重要方面。这就是要在有限的DSP资源下完成相应的操作,从而实现MIMO的解调工作,但现有的基于DSP的MIMO检测系统中数据处理效率不高,数据处理能力较弱。
发明内容
为了提高MIMO的数据处理效率和数据处理能力,本发明提供了一种基于多核DSP的MIMO并行检测方法,所述方法包括:
S1:M块数字信号处理器DSP的主控核分别读取1/M的待检测数据,并将读取到的待检测数据存储至对应DSP的共享内存中,每块DSP的N个核中1个为主控核,且除所述主控核之外的N-1个核均为解调核,所述N和M均为不小于2的整数;
S2:每块DSP的主控核将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份,并将分成的N-1份待检测数据一一对应分配至N-1个解调核;
S3:每块DSP的解调核对对应的待检测数据进行检测,并将检测结果存储至对应DSP的共享内存中。
其中,步骤S2中,每块DSP的主控核将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份。
其中,所述待检测数据包括:信道估计的信道冲击响应矩阵H、信道噪声σ2和接收天线的数据。
其中,步骤S3中,所述检测结果为软比特信息。
本发明还公开了一种基于多核DSP的MIMO并行检测系统,所述系统包括:M块数字信号处理器DSP,每块DSP的N个核中1个为主控核,且除所述主控核之外的N-1个核均为解调核,所述N和M均为不小于2的整数;
所述主控核,用于读取1/M的待检测数据,并将读取到的待检测数据存储至对应DSP的共享内存中;将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份,并将分成的N-1份待检测数据一一对应分配至N-1个解调核;
所述解调核,用于对对应的待检测数据进行检测,并将检测结果存储至对应DSP的共享内存中。
其中,所述主控核,进一步用于将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份。
其中,所述待检测数据包括:信道估计的信道冲击响应矩阵H、信道噪声σ2和接收天线的数据。
其中,所述检测结果为软比特信息。
本发明通过将DSP的N个核分为主控核和解调核,使得主控核发送的控制信息同时到达解调核,实现了并行处理,提高了MIMO的数据处理效率和数据处理能力。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的基于多核DSP的MIMO并行检测方法的流程图;
图2是本发明一种实施例的基于多核DSP的MIMO并行检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明一种实施方式的基于多核DSP的MIMO并行检测方法的流程图;参照图1,所述方法包括:
S1:M块数字信号处理器DSP的主控核分别读取1/M的待检测数据,并将读取到的待检测数据存储至对应DSP的共享内存中,每块DSP的N个核中1个为主控核,且除所述主控核之外的N-1个核均为解调核,所述N和M均为不小于2的整数;
S2:每块DSP的主控核将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份,并将分成的N-1份待检测数据一一对应分配至N-1个解调核;
S3:每块DSP的解调核对对应的待检测数据进行检测,并将检测结果存储至对应DSP的共享内存中。
为便于实现并行解调,优选地,步骤S2中,每块DSP的主控核将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份。
为便于实现检测,优选地,所述待检测数据包括:信道估计的信道冲击响应矩阵H、信道噪声σ2和接收天线的数据。
为进一步提高解调核的处理性能,优选地,步骤S3中,所述检测结果为软比特信息。
为便于计算软比特信息,下面采用但不限于最小均方误差(MMSE)准则算法计算,还可通过迫零算法等算法来实现软比特信息的计算;
所述软比特信息的同相支路I路通过下式进行计算,
LLR ( b i , I , k ) = | H ~ ii | 2 2 σ ~ i 2 { min x I ∈ S I , k ( 0 ) | d i , I H ~ ii - x I | 2 - min x I ∈ S I , k ( 1 ) | d i , I H ~ ii - x I | 2 }
其中,LLR(bi,I,k)为同相支路I路的第i层第k个比特表示符, σ ~ i 2 = Σ j = 0 ; j ≠ i N L - 1 | H ~ ij | 2 + { [ ( Σ j = 0 N R - 1 | W ij | 2 ) ] ( σ 2 ) } , W=(HHH+σ2E)-1HH H ~ = WH , di,I为同相支路I路的d中第i个元素,σ2为信道估计的噪声,H为信道估计的冲击响应矩阵,HH为矩阵H的共轭转置矩阵,NR为接收天线的个数,NL为矩阵的阶数,E为单位矩阵,为I路第k个比特取到0的所有调制符号的集合,为I路第k个比特取到1的所有调制符号的集合,x为发送机的调制符号,xI为I路的调制符号,n为噪声。
所述软比特信息的正交支路Q路将上述同相支路I路的计算公式中I替换为Q即可。
所述软比特信息的同相支路I路的计算公式的推导过程如下:
(1)采用基于最小均方误差(MMSE)准则算法的线性均衡矩阵,其计算公式如下:
W=(HHH+σ2E)-1HH
上式中,H为信道估计的冲击响应矩阵,σ2为信估计的噪声,E为单位矩阵。
(2)对天线接收到的数据根据加权矩阵W进行均衡。MIMO系统中接收天线收到的数据形式如下:
r=Hx+n
上式中,r为天线接收到的信号,H为信道冲击响应矩阵,x为发送信号,n为噪声。均衡的原理如下:
d=Wr
将天线接收到的公式带入上式可得:
d = Wr = W ( HX + n ) = H ~ X + Wn
其中,d为均衡的结果,这里的
(3)基于对数似然比的软判决,判决比特信息的对数似然比被定义如下:
LLR ( b I , k ) = log P [ b I , k = 1 | r ] P [ b I , k = 0 | r ] = log Σ x I ∈ S I , k ( 1 ) P [ x = x I | r ] Σ x I ∈ S I , k ( 0 ) P [ x = x I | r ]
这就是比特bI,k的软比特信息。其中,包含位置(I,k)处为‘0’的符号,包含位置(I,k)处为‘1’的符号。实际上,若假设上式β=0,那么LLR公式也可以定义为相反的符号。
应用贝叶斯准则(Bayes rule),并假定发送符号概率相等,上式可写为:
LLR ( b I , k ) = log Σ x I ∈ S I , k ( 1 ) P [ r | x = x I ] P ( x = x I ) P ( r ) Σ x I ∈ S I , k ( 0 ) P [ r | x = x I ] P ( x = x I ) P ( r ) = log Σ x I ∈ S I , k ( 1 ) P [ r | x = x I ] Σ x I ∈ S I , k ( 0 ) P [ r | x = x I ]
通过对数和近似(log-sum approximation):可以得到次优的简化的LLR:
LLR ( b I , k ) ≈ log max x I ∈ S I , k ( 1 ) P ( r | x = x I ) max x I ∈ S I , k ( 0 ) P ( r | x = x I )
由于r的条件概率密度(conditional pdf)是复高斯的,即
P ( r | x = x I ) = 1 2 π σ 2 exp { - 1 2 | r - Hx I | 2 σ 2 }
用下式中的等效噪声
σ ~ i 2 = Σ j = 0 ; j ≠ i N L - 1 | H ~ ij | 2 + { [ ( Σ j = 0 N R - 1 | W ij | 2 ) ] ( σ 2 ) }
进行归一化,可得到最后的软比特值:
LLR ( b i , I , k ) = | H ~ ii | 2 2 σ ~ i 2 { min x I ∈ S I , k ( 0 ) | d i , I H ~ ii - x I | 2 - min x I ∈ S I , k ( 1 ) | d i , I H ~ ii - x I | 2 }
其中,LLR(bi,I,k)为同相支路I路的第i层第k个比特表示符,如4×4MIMO调制成4层,相应地,i为0到3的整数。
本发明还公开了一种基于多核DSP的MIMO并行检测系统,参照图2,所述系统包括:M块数字信号处理器DSP,每块DSP的N个核中1个为主控核,且除所述主控核之外的N-1个核均为解调核,所述N和M均为不小于2的整数;
所述主控核,用于读取1/M的待检测数据,并将读取到的待检测数据存储至对应DSP的共享内存中;将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份,并将分成的N-1份待检测数据一一对应分配至N-1个解调核;
所述解调核,用于对对应的待检测数据进行检测,并将检测结果存储至对应DSP的共享内存中。
优选地,所述主控核,进一步用于将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份。
优选地,所述待检测数据包括:信道估计的信道冲击响应矩阵H、信道噪声σ2和接收天线的数据。
优选地,所述检测结果为软比特信息。
实施例
下面以一个具体的实施例来说明本发明,但不限定本发明的保护范围。根据TMS320C6678型多核DSP对需要进行MIMO检测的数据根据DSP的核数进行分组,参照图2,TMS320C6678型多核DSP含有8个核,本实施例中需要2片TMS320C6678型多核DSP,并依次将2片的DSP芯片标标号核0到核15。标完号的各个核分为2组,主控核和解MIMO数据处理核,其中第一块DSP(记为DSP0)和第二块DSP(记为DSP1)的最后一个核作为主控核(即核7和核15),其它的14个核作为解MIMO的数据处理核。整个过程中,数据的调制方式为64QAM。
第一步:核7和核15读取待处理数据,包括信道估计的信道冲击响应矩阵H、信道噪声σ2和接收天线的FFT数据,并将这些数据的前一半存入DSP0的共享内存中,后一半数据存入DSP1的共享内存中。
第二步:针对20MHz带宽的LTE系统的1ms子帧调度时钟周期,将DSP0和DSP1共享内存中的数据按OFDM符号数将数据分为14组。即H划分为分为H0、H1、…、H13,σ2划分为σ2 1、σ2 2、…、σ2 13,r划分为r0、r1、…、r13。由于是4×4的MIMO系统,所以每个H为4×4复矩阵,每个r为4×1的复矩阵,总数均为1200个,即一个20MHz带宽系统的1个OFDM符号的子载波数目。而每一个σ2为单一复数,每个子载波上的值均一致。
第三步:由DSP0的核7和DSP1的核15控制上步中按OFDM符号分配的数据到核0至核6与核8至核14的14个核(由于LTE的1ms子帧包含14个OFDM符号,按照符号将待检测数据分成14份)上进行MIMO检测处理,每一个核分别处理划分好的数据中的一份。
第四步:进行加权矩阵模块的处理,每个核上的H和σ2进行操作后,每个核上都可以得到1200个W矩阵,每个将每个核上的矩阵序列标号为W0、W1、…、W13,并将得到的W0、W1、…、W6存入DSP0的共享内存中,W7、W8、…、W13存入DSP1的共享内存。
第五步:对接收到的FFT数据和第四步计算出的W矩阵进行均衡计算,进行均衡操作,每个核上都可以得到1200个子载波数均衡结果d矩阵,每个将每个核上的矩阵序列标号为d0、d1、…、d13,并将得到的d0、d1、…、d6存入DSP0的共享内存中,d7、d8、…、d13存入DSP1的共享内存中。
第六步:均衡的数据d进行基于对数似然比的软判决操作,可以得到64QAM的1200个子载波数的软信息值llr矩阵,记为llr0、lllr1、…、llr13,并将得到的llr0、lllr1、…、llr6存入DSP0的共享内存中,llr7、llr8、…、llr13存入DSP1的共享内存中。
第七步:将得到的然判决信息llr由核7和核15经由SRIO发送出去。
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。

Claims (8)

1.一种基于多核DSP的MIMO并行检测方法,其特征在于,所述方法包括:
S1:M块数字信号处理器DSP的主控核分别读取1/M的待检测数据,并将读取到的待检测数据存储至对应DSP的共享内存中,每块DSP的N个核中1个为主控核,且除所述主控核之外的N-1个核均为解调核,所述N和M均为不小于2的整数;
S2:每块DSP的主控核将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份,并将分成的N-1份待检测数据一一对应分配至N-1个解调核;
S3:每块DSP的解调核对对应的待检测数据进行检测,并将检测结果存储至对应DSP的共享内存中。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S2中,每块DSP的主控核将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待检测数据包括:信道估计的信道冲击响应矩阵H、信道噪声σ2和接收天线的数据。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,步骤S3中,所述检测结果为软比特信息。
5.一种基于多核DSP的MIMO并行检测系统,其特征在于,所述系统包括:M块数字信号处理器DSP,每块DSP的N个核中1个为主控核,且除所述主控核之外的N-1个核均为解调核,所述N和M均为不小于2的整数;
所述主控核,用于读取1/M的待检测数据,并将读取到的待检测数据存储至对应DSP的共享内存中;将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份,并将分成的N-1份待检测数据一一对应分配至N-1个解调核;
所述解调核,用于对对应的待检测数据进行检测,并将检测结果存储至对应DSP的共享内存中。
6.如权利要求5所述的系统,其特征在于,所述主控核,进一步用于将对应共享内存中的待检测数据分成N-1份。
7.如权利要求5所述的系统,其特征在于,所述待检测数据包括:信道估计的信道冲击响应矩阵H、信道噪声σ2和接收天线的数据。
8.如权利要求7所述的系统,其特征在于,所述检测结果为软比特信息。
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