CN104734764B - Lte-a上行处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强型长期演进LTE‑A上行处理方法及装置，主要特点是将上行处理过程中的物理上行共享信道PUSCH基带多发射信号生成中的预编码在PUSCH基带多发射信号生成中的单载波频分多址SC_FDMA信号生成之后执行，或者是将PUSCH基带多发射信号生成中的预编码在PUSCH基带信号的正交频分复用OFDM符号成形和发射中的自动功率控制APC因子加权之后执行，从而减少SC_FDMA信号生成过程中的运算量，提高LTE‑A的上行处理和发送效率。

Description

LTE-A上行处理方法及装置
技术领域
本发明涉及移通通信技术领域，尤其涉及一种LTE-A（Long Term EvolutionAdvanced，增强型长期演进）上行处理方法及装置。
背景技术
LTE-A是LTE的演进版本，其上行过程相比于LTE系统的上行过程，引入了MIMO（Multiple Input Multiple Output，多输入多输出，也可称为“多天线增强”）技术和CA（Carrier Aggregation，载波聚合）技术，以提高上行的传输速率和效率，同时在LTE-A的上行过程中允许PUSCH（Physical Uplink Shared Channel，物理上行共享信道）信号和PUCCH（Physical Uplink Control Channel，物理上行控制信道）信号在同一子帧中发送，以提高灵活性，当然PUSCH和PUCCH分开发送也是可以的。
在LTE-A的上行过程中，PUSCH信道的基带信号的处理主要包括（按顺序）：由CC（Channel Coding，信道编码）模块负责完成的PUSCH信道编码；由MIMO模块负责完成的PUSCH基带多发射信号生成；和由TX模块负责完成的PUSCH基带信号的OFDM（OrthogonalFrequency Division Multiplexing，正交频分复用）符号成形和发射。其中PUSCH基带多发射信号生成主要包括（按顺序）：加扰、调制、层映射、传输预处理、预编码、资源映射和SC_FDMA（Single Carrier_Frequency Division Multiple Access，单载波频分多址）信号生成。其中PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射主要包括（按顺序）：扩展循环前缀、频偏调整、APC（Automatic Power Control，自动功率控制）因子加权等。
在实际中，SC_FDMA信号生成的完成需要进行多次运算，导致其运算量大，进而影响LTE－A上行的处理效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种LTE-A上行处理方法及装置，可以提高LTE-A上行的处理效率。
本发明提供了一种增强型长期演进LTE-A上行处理方法，包括：物理上行共享信道PUSCH基带多发射信号生成步骤，所述PUSCH基带多发射信号生成步骤包括：预编码子步骤和单载波频分多址SC_FDMA信号生成子步骤，所述预编码子步骤在所述SC_FDMA信号生成子步骤之后执行。
进一步，当PUSCH基带信号和物理上行控制信道PUCCH基带信号不在同一正交频分复用OFDM符号上同时发送时，所述预编码子步骤在所述SC_FDMA信号生成子步骤之后执行。
进一步，当天线模式为单天线模式，或者天线模式为空间复用模式但是空间复用的层数小于天线数时，所述预编码子步骤在所述SC_FDMA信号生成子步骤之后执行。
本发明还提供了一种LTE-A上行处理方法，包括：PUSCH基带多发射信号生成步骤和PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射步骤，所述PUSCH基带多发射信号生成步骤包括：预编码子步骤，所述PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射步骤包括：自动功率控制APC因子加权子步骤，所述预编码子步骤在所述APC因子加权子步骤之后执行。
进一步，当PUSCH基带信号和PUCCH基带信号不在同一正交频分复用OFDM符号上同时发送时，所述预编码子步骤在所述APC因子加权子步骤之后执行。
进一步，当天线模式为单天线模式，或者天线模式为空间复用模式但是空间复用的层数小于天线数时，所述预编码子步骤在所述APC因子加权子步骤之后执行。
本发明还提供了一种LTE-A上行处理装置，包括：第一模块，用于PUSCH基带多发射信号生成；所述第一模块包括：预编码单元和SC_FDMA信号生成单元；所述第一模块还包括：控制单元，用于控制所述预编码单元在所述SC_FDMA信号生成单元之后执行。
进一步，所述控制单元，用于当PUSCH基带信号和PUCCH基带信号不在同一用OFDM符号上同时发送，和，天线模式为单天线模式或者天线模式为空间复用模式但是空间复用的层数小于天线数时，控制所述预编码单元在所述SC_FDMA信号生成单元之后执行。
本发明还提供了一种LTE-A上行处理装置，包括：第一模块，用于PUSCH基带多发射信号生成；和第二模块，用于PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射，所述第一模块包括：预编码单元，所述第二模块包括：APC因子加权单元；所述LTE-A上行处理装置还包括：控制模块，用于控制所述预编码单元在所述APC因子加权单元之后执行。
进一步，所述控制模块，用于当PUSCH基带信号和PUCCH基带信号不在同一OFDM符号上同时发送，和，天线模式为单天线模式或者天线模式为空间复用模式但是空间复用的层数小于天线数时，控制所述预编码单元在所述APC因子加权单元之后执行。
本发明的有益效果：
本发明实施例，在PUSCH基带多发射信号生成步骤内将预编码子步骤在SC_FDMA信号生成子步骤之后执行，以减少SC_FDMA信号生成过程的运算量，提高LTE-A上行的处理效率；本发明实施例，将PUSCH基带多发射信号生成步骤和PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射步骤联动，从而将PUSCH基带多发射信号生成步骤中的预编码子步骤在PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射步骤中的APC因子加权子步骤之后执行，以减少SC_FDMA信号生成至APC因子加权这一过程的运算量，从而提高LTE-A上行的处理效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是现有的PUSCH基带多发射信号生成的流程示意图。
图2是本发明提出的PUSCH基带多发射信号生成的实施例的流程示意图。
图3是本发明提出的LTE-A上行处理方法的一实施例的流程示意图。
图4是本发明提出的LTE-A上行处理方法的另一实施例的流程示意图。
图5是LTE-A上行处理的硬件示意图。
图6是PUSCH基带多发射信号生成的硬件结构示意图。
具体实施方式
在现有技术中，LTE-A的上行过程中PUSCH信道的基带信号的处理主要包括三部分（按顺序）：PUSCH信道编码、PUSCH基带多发射信号生成和PUSCH基带信号OFDM符号成形和发射。其中PUSCH信道编码主要包括（按顺序）：附加循环冗余校验、码块分割、信道编码、速率匹配和码块级联；PUSCH基带多发射信号生成主要包括（按顺序）：加扰、调制、层映射、传输预处理、预编码、资源映射和SC_FDMA信号生成；其中PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射主要包括（按顺序）：扩展循环前缀、频偏调整和APC因子加权等。
如图1所示，是LTE-A系统中现有的PUSCH基带多发射信号生成的流程示意图，该过程也可以被称为“上行MIMO的处理流程”，其包括：
首先，对输入的基带编码数据进行加扰，即用一组特定规则的比特数据对基带编码数据进行对应比特模二加，使得基带编码数据更加随机化，使其直流分量更加接近0，基站用对应的加扰序列进行模二加，可以用于区分不同的用户。
接着，对加扰后的数据进行调制，此处的调制可为数字调制，就是将数字符号变成适合于信道传输的波形，LTE-A系统上行PUSCH调制，支持QPSK（Quadrature Phase ShiftKeying，正交相移键控）、16QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）和64QAM调制。
然后，进行层映射，即按照一定的规则，将码字流重新映射到多个层（新的数据流）。LTE-A系统支持基于单天线的层映射和基于空间复用的层映射，在基于空间复用的层映射中，只有当发射天线数为4时，才能配置一个码字映射到多层。
然后，传输预处理，通常由DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换）完成。
然后，预编码，预编码负责完成天线端口的映射，层映射和预编码实际上是“映射码字到发送天线”过程的两个子过程。
然后，资源映射，即对每个天线口的数据，填充到本用户分配的频域的资源上，完成本用户分配频域资源的映射，非本用户资源，通过填充0，使得不对其他用户进行干扰。
最后，SC_FDMA信号生成。这一过程通常由FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）实现。在上行发送中，通过联合DFT和FFT生成SC_FDMA信号能够有效的减少峰均电压比。
在现有的PUSCH基带多发射信号生成流程中，在SC_FDMA信号生成中FFT需要多次运算，运算量较大，从而影响LTE-A上行的处理效率。为此，本发明实施例提出了如下两种解决方案：
第一种方案是将PUSCH基带多发射信号生成过程中的预编码子步骤在SC_FDMA信号生成子步骤之后执行。即PUSCH基带多发射信号生成的整个流程如图2所示，包括：加扰、调制、层映射、传输预处理、资源映射、SC_FDMA信号生成和预编码。
第二种方案是将PUSCH基带多发射信号生成与PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射两个过程联动，将预编码子步骤在PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射中的APC因子加权子步骤之后执行。即PUSCH基带多发射信号生成与PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射联动后的完整流程为：加扰、调制、层映射、传输预处理、资源映射、SC_FDMA信号生成、扩展循环前缀、频偏调整、APC因子加权和预编码。
上述两种解决方案，可以用于LTE－A为单天线模式或者为空间复用模式但空间复用层数小于天线数的情况，例如：天线数为2或4的情况。
另外，由于LTE-A上行处理过程中，同一UE（User Equipment,用户设备）上的PUCCH和PUSCH分别占用不同的频域资源。当其在同一个OFDM符号上同时发送时，PUCCH是直接定义需要在频域与PUSCH进行混合，在通过FFT转换为时域信号时，在时域上是混叠在一起的，所以这种情况下，按照传统流程更佳。
困此，针对第一种方案提出如下改进方案：如图3所示，判断PUSCH基带信号和PUCCH基带信号是否在同一OFDM符号上同时发送，若否则将预编码子步骤在SC_FDMA信号生成子步骤之后执行。当然对于本领域技术而言，若判断结果为是则可以按照传统的流程进行处理；另外对于本领域技术而言，也知道可以将判断的操作放在传输预处理子步骤之后。
因此，针对第二种方案提出如下改进方案：如图4所示，判断PUSCH基带信号和PUCCH基带信号是否在同一OFDM符号上同时发送，若否则将预编码子步骤在APC因子加权子步骤之后执行。当然对于本领域技术而言，若判断结果为是则可以按照传统的流程进行处理；另外对于本领域技术而言，也知道可以将判断的操作放在传输预处理子步骤之后。
下面主要以第一种方案为例说明本发明的可行性和有益效果。
在LTE-A上行过程中，分为单天线模式和空间复用模式。对于单天线模式，预编码后的数据等于预编码前的数据，这一过程透明处理，因此将预编码在SC_FDMA信号生成之后执行，不影响数据生成的结果。对于空间复用模式，当天线数P=2或者P=4时，天线口分别为p∈{20,21}和p∈{40,41,42,43}。预编码器的输入向量定义为：[y(0)(i)...y(υ-1)(i)]T，其中υ是层数，输出向量定义为：[z(0)(i)...z(P-1)(i)]T，其中P是天线数。
预编码器的输入和输出关系就表示为：
Figure BDA0000445043400000061
W就是域编码矩阵，其维数为P×υ，通过乘以此域编码矩阵，就完成了层到天线的映射。预编码矩阵的定义为：
表1:两天线发射的W矩阵
Figure BDA0000445043400000071
表2:四天线一层的W矩阵.
Figure BDA0000445043400000072
表3:四天线两层的W矩阵.
Figure BDA0000445043400000081
表4:四天线三层的W矩阵
Figure BDA0000445043400000082
表5:四天线四层的W矩阵
Figure BDA0000445043400000091
分析发现：预编码把数据量从层映射到天线，只是每层的数据乘以一个固定常数：+1，-1，+j或者-j，并不引起层数据的叠加。因此可以将预编码放到SC_FDMA信号生成之后执行，这样不会影响功能上的实现。
将预编码在SC_FDMA信号生成之后执行的有益效果是：PUSCH在层数小于天线数时，使预编码在SC_FDMA信号生成之后执行，可以减少FFT的运算次数，具体减少的原因和减少的次数的分析，在下面进行说明:
例如，假设1码字，1层，4天线发射，选择的预编码矩阵为：
Figure BDA0000445043400000092
按照通常的流程处理：
Figure BDA0000445043400000093
输入的1层的数据流y，通过与W预编码矩阵进行相乘，扩展到4天线端口，得到4组数据：z(0)(i)=y(0)(i)，z(0)(i)=j*y(0)(i)，z(0)(i)=(-1)*y(0)(i)，z(0)(i)=(-j)*y(0)(i)。然后4组预编码后的数据分别对应4发射天线，分别进行资源映射，然后进行FFT运算。
本发明的流程为先进行资源映射，然后进行FFT运算，最后才进行预编码。在进行资源映射之前的输入只有1组数据y(0)(i)，输出数据表示为y'(0)(i)。这组数据资源映射后进行FFT运算，输出的结果表示为y″(0)(i)。最后进行资源映射只需要做简单变换：z(0)(i)=y″(0)(i)，z(0)(i)=j*y″(0)(i)，z(0)(i)=(-1)*y″(0)(i)，z(0)(i)=(-j)*y″(0)(i)。
对比两种方案，预编码的计算量都是一样的，都是4组简单常数乘变换。但是现有方案需要做4次资源，4次FFT运算，而本发明实施例的方案，只需要做1次资源，1次FFT运算，大大节省了运算量，节省了运行功耗。另外，将预编码步骤在APC因子加权步骤之后执行，不仅可以减少FFT的运算量，而且从FFT运算到APC因子加权的整个运算都可以减少。
下面具体以一个LTE-A基带片上行子系统为例，说明本发明的具体实施过程：
如图5所示将LTE-A基带片上行子系统划分为3个模块：CC模块、MIMO模块和TX模块。CC模块完成编码，按照子帧来实现，1个子帧调用1次，生成1个子帧的编码数据；MIMO模块完成MIMO信号的生成，按照OFDM符号进行；TX模块做CP扩展等操作，完成到射频的信号的完整处理。
如图6所示，在MIMO模块中，进行MIMO信号生成中，对资源映射和FFT运算的输入进行选择：可以是从层映射和DFT的输入来，也可以是从域编码（天线映射）来。对域编码（天线映射）的输入进行的选择：可以是从层映射和DFT的输入来，也可以是从资源映射和FFT运算来。选择的控制通过控制模块实现，选择的条件为PUSCH和PUCCH是否同OFDM符号上混合发送。
另外，相应于前述的方法实施例，本发明提供了相应的装置实施例，其具体为：
针对第一种方案提出了一种LTE-A上行处理装置，包括：第一模块，用于PUSCH基带多发射信号生成；其中第一模块包括：控制单元、预编码单元和SC_FDMA信号生成单元；其中控制单元，用于控制预编码单元在SC_FDMA信号生成单元之后执行。
具体的，控制单元，用于当PUSCH基带信号和PUCCH基带信号不在同一用OFDM符号上同时发送，和，天线模式为单天线模式或者天线模式为空间复用模式但是空间复用的层数小于天线数时，控制预编码单元在所述SC_FDMA信号生成单元之后执行。
针对第二种方案提出了一种LTE-A上行处理装置，包括：第一模块，用于PUSCH基带多发射信号生成；和第二模块，用于PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射。其中第一模块包括：预编码单元，第二模块包括：APC因子加权单元。其中LTE-A上行处理装置还包括：控制模块，用于控制预编码单元在APC因子加权单元之后执行。
具体的，控制模块，用于当PUSCH基带信号和PUCCH基带信号不在同一OFDM符号上同时发送，和，天线模式为单天线模式或者天线模式为空间复用模式但是空间复用的层数小于天线数时，控制预编码单元在APC因子加权单元之后执行。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种增强型长期演进LTE-A上行处理方法，包括：PUSCH基带多发射信号生成步骤和PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射步骤，所述PUSCH基带多发射信号生成步骤包括：预编码子步骤，所述PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射步骤包括：自动功率控制APC因子加权子步骤，其特征在于：天线模式为单天线模式或者天线模式为空间复用模式但是空间复用的层数小于天线数时，所述预编码子步骤在所述APC因子加权子步骤之后执行。
2.一种增强型长期演进LTE-A上行处理装置，包括：第一模块，用于PUSCH基带多发射信号生成；和第二模块，用于PUSCH基带信号的OFDM符号成形和发射，所述第一模块包括：预编码单元，所述第二模块包括：APC因子加权单元；其特征在于：所述LTE-A上行处理装置还包括：控制模块，天线模式为单天线模式或者天线模式为空间复用模式但是空间复用的层数小于天线数时,用于控制所述预编码单元在所述APC因子加权单元之后执行。
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