專利名稱：正交頻分復(fù)用-多輸入多輸出系統(tǒng)的解調(diào)方法及解調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及解調(diào)器方法，尤其涉及正交頻分復(fù)用(OFDM)-多輸入多輸出 (MIMO)通信系統(tǒng)中的解調(diào)方法及解調(diào)器。 隨著移動通信用戶需求增長，高數(shù)據(jù)率、高頻譜效率正成為移動通信系統(tǒng)的主 要要求之一，與之對應(yīng)的高級技術(shù)，如OFDM技術(shù)，MIMO技術(shù)，也成為了目前寬帶移 動通信系統(tǒng)的主流支撐技術(shù)，在多個實際系統(tǒng)中得到發(fā)展應(yīng)用，如WiMax， LTE[l]等。
圖1是一種經(jīng)典的OFDM-MIMO發(fā)射機示意圖；不失一般性，這里以兩個發(fā)射 天線為例。在第i個符號中，兩路信號的數(shù)據(jù)符號Xo[i， k]， XJi， k](k表示子載波序號) 先經(jīng)過預(yù)編碼得到V。[i， k]， VJi， k]: W(i， k)是一個2x2的預(yù)編碼矩陣。在開環(huán)系統(tǒng)中， 一般預(yù)編碼的作用是將兩路 信號X。和&能夠映射在兩個不同的物理天線上，得到一定的空間分集增益；在閉環(huán)系統(tǒng) 中，通過選擇，預(yù)編碼可以讓發(fā)射天線的輻射模式更加接近MIMO信道的本征模式，達 到提高鏈路增益的目的。無論是開環(huán)還是閉環(huán)，收發(fā)機都可以通過預(yù)先約定或者通過隨 路信令方式知道每個子載波上的預(yù)編碼矩陣W(i， k)。 經(jīng)過預(yù)編碼后的數(shù)據(jù)V。[i， k]， VJi， k]與參考信號復(fù)接，組成OFDM數(shù)據(jù)幀。 對第0路信號，如圖2所示，用于信道估計的參考信號RJ司錯的分布在多個不同的OFDM 子載波處。畫有斜線且標記"Ro"的格子表示用于傳輸?shù)?路信號中參考信號&的時 域資源，信號內(nèi)容為收發(fā)雙方已知；畫有交叉線的格子對應(yīng)于承載參考信號Ri的時域資 源且第O路天線在這些時域資源上不發(fā)射任何信號。其他地方則對應(yīng)數(shù)據(jù)V。[i， k]的傳 輸。參考信號&在第1路信號上發(fā)射，圖3也有類似的時頻分布，圖3中畫有斜線且標 記"R/'的格子表示用于傳輸?shù)?路信號中參考信號&的時域資源，畫有交叉線的格子 對應(yīng)于承載參考信號Ro的時域資源且第1路天線在這些時頻資源上不發(fā)射任何信號。注 意，在第0路上傳R。的時頻位置，在第l路不傳任何信號，可以避免MIMO信號對信道 估計的影響。對&信號也有類似設(shè)計。 對于第n路信號的第i個OFDM幀，經(jīng)過IFFT變換，插入循環(huán)前綴，送往第n 根天線發(fā)射。 在接收端，多根天線接收信號，仍然以2根天線為例，經(jīng)典的OFDMMIMO接收 機如圖4所示。第m根天線接收到信號后在OFDM解調(diào)模塊完成同步分幀、去除循環(huán)前 綴和FFT變換，得到第m路多幀的頻域信號。 幀解析模塊按照協(xié)議將接收到的數(shù)據(jù)信號部分和參考信號部分分離。接收到的 信號模型為
背景技術(shù)：
<formula>formula see original document page 6</formula> 其中，Y。[i， k]， YJi， k]分別表示在第0根和第l根天線上收到的第i個OFDM 符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的頻域信號，H(i， k)為第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載 波處2x2的信道傳輸矩陣。U(i， k)為該處2xl的噪聲矢量矩陣，設(shè)每維的噪聲功率為 N。。 k = 0， 1，…，K， K為最大的子載波序號，i = 0， 1，…，I， I為一個無線幀中最 大的OFDM符號的序號。 利用接收到的參考信號可以得到第n個發(fā)射天線到第m個接收天線的信道估計 值，其中第i個OFDM符號內(nèi)第k個子載波上的信道估計值記為/d'.AJ，結(jié)合圖2、圖3
所示參考信號的分布圖樣，對/Ui—.AJ的信道估計， 一般方法如下 步驟A，先初始化，令所有/UUh0/Ua是第j個OFDM符號內(nèi)第l個 子載波處在濾波前的信道估計值； 步驟B，對第j個OFDM內(nèi)所有承載參考信號的子載波進行信道估計 <formula>formula see original document page 6</formula>
其中，YJj， l]表示從第m根天線接收到的第j個OFDM符號內(nèi)第l個子載波上 的頻域信號，R。為第j個OFDM內(nèi)第l個子載波上發(fā)送的第n根天線的參考信號，j為承 載有參考信號的OFDM的序號，1為第j個OFDM內(nèi)承載參考信號的子載波的序號。
文中提到的"參考信號子載波""數(shù)據(jù)子載波"是業(yè)內(nèi)通用的一種叫法，指承 載參考信號的時域資源，該時頻資源在一個OFDM符號和一個子載波所限定的范圍內(nèi)， 可以稱為資源單元(RE)，因此參考信號子載波也可以稱為參考RE，數(shù)據(jù)子載波也可以稱 為數(shù)據(jù)RE。相似的，文中提到的"OFDM符號上的子載波"和"子載波處"等描述中 的"子載波"也是指一個OFDM符號和一個子載波限定的時頻資源，也可以稱為RE。
步驟C，對第j個OFDM內(nèi)不發(fā)射任何信號的每一子載波，利用與該子載波頻域 相同時域最鄰近的兩個參考信號子載波處的信道估計值進行時域插值，得到該子載波處 的信道估計值； 基于圖2和圖3的參考信號分布，對第j個OFDM內(nèi)第1+3個子載波進行時域插 值<formula>formula see original document page 6</formula> 當(dāng)然，該步驟的插值運算也可以有其他方式，例如取鄰近的4個或更多參考信 號子載波處的信道估計值來進行時域插值。 以上三個步驟得到了第n個發(fā)射天線到第m個接收天線的信道上各路信號的參 考信號子載波處的信道估計值。 步驟D，通過頻域插值計算第j個OFDM符號內(nèi)各數(shù)據(jù)子載波處的信道估計值， 并對每一子載波進行頻域濾波，得到該OFDM符號內(nèi)所有子載波處濾波后的信道估計 值； 對于第j個OFDM符號的每一個子載波按下式進行運算
W L/，W= Z尸(/)UM + Z1
/-- 其中，L是頻域插值濾波器的數(shù)據(jù)窗長度，決定f的取值范圍。F(f)是一個低通 濾波器，其通帶、止帶設(shè)計可以參考信道沖擊響應(yīng)長度等先驗知識。 步驟E，對于不承載參考信號的OFDM符號上的每一子載波，利用兩個最鄰近 的承載參考信號的OFDM符號上與該子載波同頻的兩個子載波處的信道估計值進行插值 運算，得到該子載波處的信道估計值。 對于第j+d個(d = 1， 2， 3)OFDM內(nèi)第k個子載波進行時域插值
,, 4 — ' tf + 二-------^亂,』J',是〗+ —//, [./ + 4,A
4 4 通過以上各步運算，得到第n個發(fā)射天線到第m個接收天線的信道的整個時頻 資源上的信道估計值。m， n取不同取值時，可以得到各信道的/UiJJ，這些/)^^M
即可組成估計的信道傳輸矩陣/》(a》 式(1)中的信道傳輸模型可等效為
化f/.哦 "；[/,雄 df/.雄，;， (1 二w仏&)綠'(/,w 01 1 其中Q(i， k) = H(i， k)W(i， k)為等效信道。 得到信道傳輸矩陣//(/,^ ,且知道第i個OFDM符號內(nèi)第k個子載波上使用的預(yù) 編碼矩陣W(i， k)，等效信道可根據(jù)下式求得
^(H) =//(,', A)H/(/,&) 對承載數(shù)據(jù)的第i個OFDM內(nèi)第k個子載波，可以利用多種方法求解MIMO問 題，這里以常用的線性最小均方誤差(LMMSE)方法為例。 I '—-(/"' " j 其中均衡矩陣G[i， k]用下式求得《uj=(^(i,i^(a)+iv)—，禮i") ^(U)為6(a)的共軛轉(zhuǎn)置矩陣，經(jīng)過以上步驟，最終得到了X。[i， k]， XJi， k]的估計。
以上接收機存在的問題是計算量較大，尤其是求解均衡矩陣的運算量很大。在 上述算法中，假設(shè)頻域插值濾波器為24階(L = 24)，求解每個OFDM符號內(nèi)每個子載波 上的MIMO問題，平均需要155個實數(shù)乘法，141個實數(shù)加法，8個除法。
對于現(xiàn)代寬帶高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)，要保證較高的吞吐率和較好的實時性，以上復(fù)雜 的算法需要大量計算，可能導(dǎo)致接收機功耗較大以及接收機成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種低復(fù)雜度正交頻分復(fù)用-多輸入多輸出解調(diào)
7方法及解調(diào)器，以減少運算量，降低OFDM-MIMO接收機的復(fù)雜度。 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種正交頻分復(fù)用(OFDM)-多輸入多輸出
(MIMO)系統(tǒng)的解調(diào)方法，包括 a)利用收到的參考信號，估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估計值；
b)利用各信道上參考信號子載波處的信道估計值，計算得到所述參考信號子載 波處的均衡矩陣； c)利用計算得到的所述均衡矩陣進行插值計算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡 矩陣； d)利用所有數(shù)據(jù)子載波上收到的各路數(shù)據(jù)信號和對應(yīng)的均衡矩陣，計算得到發(fā) 送數(shù)據(jù)的中間估值； e)利用預(yù)編碼矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值解預(yù)編碼，得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估 值。 進一步地，上述解調(diào)方法還可具有以下特點 步驟a)中估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估計值，是指對每一信 道，先利用該信道收到的參考信號估計得到該信道對應(yīng)的一路信號的參考信號子載波處 的信道估計值；再通過時域插值，得到該信道上其他路信號的參考信號子載波處的信道 估計值； 步驟b)中再計算得到各路信號的參考信號子載波處的均衡矩陣； 步驟c)中利用已得到的均衡矩陣，通過頻域插值和時域插值運算，得到所有數(shù)
據(jù)子載波上的均衡矩陣。 進一步地，上述解調(diào)方法還可具有以下特點 步驟a)之后和步驟b)之前，還包括步驟對每一信道已得到的各參考信號子載 波處的信道估計值進行頻域濾波； 步驟b)是利用濾波后的信道估計值，計算得到所述參考信號子載波處的均衡矩 陣。 進一步地，上述解調(diào)方法還可具有以下特點 步驟b)中，先根據(jù)每一信道在各路信號的參考信號子載波處的信道估計值構(gòu)成 所述參考信號子載波處的信道傳輸矩陣i)[./，/j，然后采用下式計算得到所述參考信號子載 波處的均衡矩陣<formula>formula see original document page 8</formula> 其中，/./l為第j個OFDM內(nèi)第l個子載波的均衡矩陣，j為承載有參考信號 的OFDM的序號，l為第j個OFDM內(nèi)參考信號子載波的序號，N0為每維的噪聲功率， I為單位矩陣，/)W (,/./)為/》(.〃)的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
進一步地，上述解調(diào)方法還可具有以下特點 步驟C)中，先利用已得到的均衡矩陣做頻域插值，得到承載有參考信號的 OFDM符號內(nèi)所有數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣并同時進行濾波，公式如下
G[./,外Z f"(/)G[./，A /] H:'l1， C)[./，AJ，G[i， k]分別為第j個OFDM內(nèi)第k個子載波處濾波前和濾波后 的均衡矩陣，L'為濾波器濾波窗長度，f為[-L' /2， L' /2]范圍內(nèi)的任意整數(shù)，j為 承載有參考信號的OFDM的序號，k為子載波序號，k， j均為整數(shù)，F(xiàn)' (f)是低通濾波 器； 然后，再利用已得到的均衡矩陣做時域插值，得到只承載數(shù)據(jù)信號的OFDM符 號內(nèi)所有數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣。 進一步地，上述解調(diào)方法還可具有以下特點步驟d)采用以下公式計算得到發(fā) 送數(shù)據(jù)的中間估值
『o關(guān)
關(guān) A關(guān) 其中，f:,卩.q J; |/Jj分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路和 第l路發(fā)送信號的中間估值，G(i， k)為步驟c)得到的第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子 載波處的均衡矩陣，Y。[i， k]， YJi， k]分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處
為OFDM符號的序號，k， i均為
接收的第0路和第1路的數(shù)據(jù)信號，k為子載波序號， 整數(shù)； 步驟e)采用以下公式計算得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值:
/ 『/ /,1、 "；''、
jff,[/， a
其中，d，AJ, [i'.A]分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路 和第l路發(fā)送數(shù)據(jù)的估值，W(i， k)為第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的預(yù)編碼 矩陣，WH(i， k)為W(i， k)的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。 相應(yīng)地，本發(fā)明提供的正交頻分復(fù)用(OFDM)-多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的解 調(diào)器包括多個OFDM解調(diào)模塊及對應(yīng)的幀解析模塊，預(yù)編碼矩陣生成模塊，其特征在 于，還包括部分信道估計模塊、部分均衡矩陣生成模塊、均衡矩陣插值模塊、MIMO解 調(diào)模塊和解預(yù)編碼模塊，其中 所述部分信道估計模塊用于接收各幀解析模塊傳送的參考信號，估計得到各信
道上參考信號子載波處的信道估計值并傳送到所述部分均衡矩陣生成模塊； 所述部分均衡矩陣生成模塊用于利用收到的各信道上參考信號子載波處的信道
估計值，計算得到所述參考信號子載波處的均衡矩陣并傳送到所述均衡矩陣插值模塊； 所述均衡矩陣插值模塊用于利用收到的所述均衡矩陣進行插值運算，得到所有
數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣并傳送到所述MIMO解調(diào)模塊； 所述MIMO解調(diào)模塊用于利用所述幀解析模塊傳送的所有數(shù)據(jù)子載波上的各路 數(shù)據(jù)信號和所述均衡矩陣插值模塊傳送的均衡矩陣，計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值并傳 送到所述解預(yù)編碼模塊； 所述解預(yù)編碼模塊用于利用所述預(yù)編碼矩陣生成模塊傳送的預(yù)編碼矩陣對發(fā)送
9數(shù)據(jù)的中間估值解預(yù)編碼，得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值。
進一步地，上述解調(diào)器還可具有以下特點 所述部分信道估計模塊在估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估計值 時，是對每一信道，先利用該信道收到的參考信號估計得到該信道對應(yīng)的一路信號的參 考信號子載波處的信道估計值，再通過時域插值，得到該信道上其他路信號的參考信號 子載波處的信道估計值； 所述部分均衡矩陣生成模塊是計算得到各路信號的參考信號子載波處的均衡矩 陣； 所述均衡矩陣插值模塊是利用已得到的均衡矩陣，通過頻域插值和時域插值運
算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣。 進一步地，上述解調(diào)器還可具有以下特點 所述部分信道估計模塊對每一信道，在計算得到該信道上各路信號的參考信號 子載波處的信道估計值后，還對已得到的各參考信號子載波處的信道估計值進行頻域濾 波，將各參考信號子載波處濾波后的信道估計值傳送到所述部分均衡矩陣生成模塊。
進一步地，上述解調(diào)器還可具有以下特點 所述MIMO解調(diào)模塊采用以下公式計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值 其中，&〖a，^U分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路和
第l路發(fā)送信號的中間估值，G(i， k)為第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的均衡 矩陣，Y。[i， k]， YJi， k]分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處接收的第0路 和第l路的數(shù)據(jù)信號，k為子載波序號，i為OFDM符號的序號，k， i均為整數(shù)；
所述解預(yù)編碼模塊采用以下公式計算得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值 其中，j[i，ft分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路 和第l路發(fā)送數(shù)據(jù)的估值，W(i， k)為第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的預(yù)編碼 矩陣，WH(i， k)為W(i， k)的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。 采用上述實用的低復(fù)雜度的OFDM-MIMO解調(diào)器及解調(diào)方法，實現(xiàn)了 0FDM-MIM0的解調(diào)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其信道估計模塊與MIMO均衡矩陣生成進行了 聯(lián)合設(shè)計，在保證性能的基礎(chǔ)上，大幅節(jié)省了中間的運算量，這將有利于實現(xiàn)低功耗低 成本0FDM-MIM0接收機。


圖1是現(xiàn)有的0FDM-MIM0發(fā)射機示意圖；
圖2是用于天線0信道估計的參考信號的時頻分布局部圖。
圖3是用于天線1信道估計的參考信號的時頻分布局部圖。
圖4是現(xiàn)有的0FDM-MIM0接收機示意 圖5是本發(fā)明實施例低復(fù)雜度OFDM-MIMO接收機的示意 圖6是本發(fā)明實施例OFDM-MIMO解調(diào)方法的流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細說明。 本實施例低復(fù)雜度的OFDM-MIMO解調(diào)器包含OFDM解調(diào)模塊、幀解析模塊、預(yù)編碼矩陣生成模塊、部分信道估計模塊、部分均衡矩陣生成模塊、均衡矩陣插值模塊、MIMO解調(diào)模塊和解預(yù)編碼模塊。其中，OFDM解調(diào)模塊、幀解析模塊和預(yù)編碼矩陣生成模塊與現(xiàn)有技術(shù)中的模塊是相同的。 每個接收天線對應(yīng)一個OFDM解調(diào)模塊，各OFDM解調(diào)模塊同步提取OFDM信號、去除循環(huán)前綴后做FFT變換，得到成幀的OFDM頻域數(shù)據(jù)信號，送到對應(yīng)的幀解析模塊。各幀解析模塊將OFDM中的數(shù)據(jù)信號和參考信號分離，將參考信號傳送到部分信道估計模塊，數(shù)據(jù)信號傳送到MIMO解調(diào)模塊；參考信號依次經(jīng)部分信道估計模塊、部分均衡矩陣生成模塊和均衡矩陣插值模塊處理后生成均衡矩陣，該均衡矩陣傳送到MIMO解調(diào)模塊；MIMO解調(diào)模塊利用該均衡矩陣和數(shù)據(jù)信號得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值并傳送給解預(yù)編碼模塊，解預(yù)編碼模塊利用生成的預(yù)編碼和發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值。
本實施例不同與現(xiàn)有技術(shù)的各個模塊的具體功能和信號傳遞關(guān)系如下 部分信道估計模塊用于接收各幀解析模塊傳送的參考信號，估計得到各信道上
參考信號子載波處的信道估計值并傳送到部分均衡矩陣生成模塊； 部分均衡矩陣生成模塊用于利用收到的各信道上參考信號子載波處的信道估計值，計算得到參考信號子載波處的均衡矩陣并傳送到均衡矩陣插值模塊；
均衡矩陣插值模塊用于利用收到的均衡矩陣進行插值運算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣并傳送到MIMO解調(diào)模塊； MIMO解調(diào)模塊用于利用幀解析模塊傳送的所有數(shù)據(jù)子載波上的各路數(shù)據(jù)信號和均衡矩陣插值模塊傳送的均衡矩陣，計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值并傳送到解預(yù)編碼模塊； 解預(yù)編碼模塊用于利用預(yù)編碼矩陣生成模塊傳送的預(yù)編碼矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值解預(yù)編碼，得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值。 本實施例所述的低復(fù)雜度的OFDM-MIMO解調(diào)方法包括以下步驟 步驟IOO，利用收到的參考信號，估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估
計值； 步驟IIO，利用各信道上參考信號子載波處的信道估計值，計算得到所述參考信號子載波處的均衡矩陣； 步驟120，利用計算得到的所述均衡矩陣進行插值計算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣； 步驟130，利用所有數(shù)據(jù)子載波上收到的各路數(shù)據(jù)信號和對應(yīng)的均衡矩陣，計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值； 步驟14Q，利用預(yù)編碼矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值解預(yù)編碼，得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值。 下面以接收端具有2根接收天線，2根發(fā)射天線的情形為一應(yīng)用示例進行說明，假定參考信號的分布仍如圖2、圖3所示。需要說明的是，以下方法可以很容易地運用到其他數(shù)量的接收天線和發(fā)射天線，其他參考信號分布的場景。
相應(yīng)的解調(diào)方法包括以下步驟 步驟一，對各根天線的接收信號進行處理，得到各路多幀的頻域信號，將各路信號中的數(shù)據(jù)信號和參考信號分離； 步驟二，對發(fā)射端和接收端之間的每一信道，利用從該信道接收到的參考信號估計得到該信道對應(yīng)的一路信號的參考信號子載波處的信道估計值； 以圖2、圖3這樣的參考信號分布來說，對發(fā)射天線O到各接收天線的信道而言，該步驟可以估計得到圖2中標記有R。的格子處的信道估計值。該步驟的處理與背景技術(shù)中的步驟A， B的處理是相同的，具體算法在這里不再重復(fù)。 步驟三，利用已得到的各參考信號子載波處的信道估計值進行時域插值，得到其他路信號的參考信號子載波處的信道估計值； 該步驟的處理與背景技術(shù)中的步驟C的處理是相同的，具體算法這里不再重復(fù)。 經(jīng)過以上步驟，就得到了每一信道在各路信號的參考信號子載波處的信道估計值。以圖2、圖3這樣的參考信號分布來說，就是得到了每一信道在圖2， 3中畫有斜線和交叉線的格子處的信道估計值。 步驟四，對每一信道已得到的各參考信號子載波處的信道估計值進行頻域濾波； 對第n個發(fā)射天線到第m個接收天線的信道已經(jīng)得到的各信道估計值進行頻域濾波時，依照的公式如下 /—/_丄/-/.| = U (/)/ , -丄/,, + /
其中，//_ I././ + Zj表示第j個OFDM內(nèi)第l+f個子載波處濾波前的信道估計值，
./，/j表示第j個OFDM內(nèi)第1個子載波處濾波后的信道估計值，j為承載有參考信號的OFDM的序號，l為第j個OFDM內(nèi)參考信號子載波的序號，f的取值需滿足l+f仍為第j個OFDM內(nèi)參考信號子載波的序號，L為第一濾波器濾波窗長度，m為接收天線序號，n為發(fā)射天線序號，j， 1， f， m， n， L均為整數(shù)，F(xiàn)(f)是第一低通濾波器，其通帶、止帶設(shè)計可以參考信道沖擊響應(yīng)長度等先驗知識。 該步是可選的。另該步與步驟二、三的順序也可以調(diào)整，例如，可以先對一個信道進行信道估計和頻域濾波后，再對余下信道逐一地進行信道估計和頻域濾波。
步驟五，利用每一信道濾波后的各參考信號子載波處的信道估計值，計算得到這些參考信號子載波處的均衡矩陣； 先根據(jù)每一信道在各參考信號子載波處的信道估計值構(gòu)成各參考信號子載波處的信道傳輸矩陣/>1././;| ，例如，丫l;m = ()， 1， n = ()， l時，有
12
<formula>formula see original document page 13</formula>
本示例根據(jù)信道傳輸矩陣計算均衡矩陣的公式如下 其中，6[./,1〗為第j個OFDM內(nèi)第l個子載波的均衡矩陣，N。為每維的噪聲功率，I為單位矩陣。 步驟六，利用已得到的各參考信號子載波處的均衡矩陣，插值得到所有數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣 首先要做頻域插值，得到承載有參考信號的OFDM符號內(nèi)所有數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣。 在本示例中，做頻域插值時還對均衡矩陣進行了濾波運算。對于第j個OFDM符號，運算依照的公式如下
<formula>formula see original document page 13</formula> 其中，(^j.H，G[j， k]分別為第j個OFDM內(nèi)第k個子載波處濾波前和濾波后
的均衡矩陣；L'為第二濾波器濾波窗長度，f為[-L' /2， L' /2]范圍內(nèi)的任意整數(shù)，
k = 0， 1，…，K， K為最大的子載波序號，F(xiàn)' (f)是第二低通濾波器。 在另一示例中，也可以僅僅做頻域插值得到承載有參考信號的OFDM符號內(nèi)所
有數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣，進行頻域插值時，對一個數(shù)據(jù)子載波的均衡矩陣，根據(jù)最
鄰近的兩個參考信號子載波的均衡矩陣加權(quán)即可得到，類似于時域插值算法，這里不再詳述。 其次做時域插值，得到只承載數(shù)據(jù)信號的OFDM符號內(nèi)所有數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣。對于第j+d個OFDM符號，有
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，d=l， 2，…，D-l， D為參考信號的時域間隔，按圖2， 3的參考信號分布，則D二4，沒有對均衡矩陣進行濾波運算時，G[j， k]就等于(;t/，(h
步驟七，基于所有數(shù)據(jù)子載波上接收的各路數(shù)據(jù)信號和對應(yīng)的均衡矩陣，得到發(fā)送信號的中間估值；
采用以下公式計算
<formula>formula see original document page 13</formula>
由此可見，
實際上是對中間值.
響
〗j(luò)
其中，^"j/;["分別是第i
,，化
i眞化
的估計；
第l路發(fā)送信號的中間估值，Y。[i， k]， YJi， k]分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k
個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路和;水r T7r^/r效縣*笛v水?dāng)?shù)據(jù)
子載波處接收的第0路和第1路的數(shù)據(jù)信號，k為子載波序號，i為OFDM符號的序號，k， i均為整數(shù)。 步驟八，基于發(fā)送信號的預(yù)編碼矩陣和中間估值，對發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值解預(yù)編碼后，計算得到發(fā)送信號解預(yù)編碼后的估值。
由于預(yù)編碼矩陣的各列正交，所以W，i， k)W(i，為第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的預(yù)編碼矩陣，信號的估計值
、 f ! 〖/'"、
k)為單位對角矩陣，W(i， k)因此可以按下式計算得到發(fā)送
值，i,
..v^T(、 11， & |
i,關(guān)其中，夂
"是第
個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處第0路發(fā)送數(shù)據(jù)的估
'.^是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處第1路發(fā)送信號解預(yù)編碼后的估 本示例的低復(fù)雜度OFDM-MIMO接收機仍如圖5所示，硬件模塊部分包括兩路OFDM解調(diào)模塊、兩路幀解析模塊、預(yù)編碼矩陣生成模塊，部分信道估計模塊、部分均衡矩陣生成模塊、均衡矩陣插值模塊、MIMO解調(diào)模塊和解預(yù)編碼模塊，各模塊之間的信號傳送關(guān)系和上述實施例相同。其中部分信道估計模塊用于執(zhí)行上述步驟二、步驟三和步驟四中的處理，部分均衡矩陣生成模塊用于執(zhí)行上述步驟五的處理，均衡矩陣插值模塊用于執(zhí)行步驟六的處理，MIMO解調(diào)模塊用于執(zhí)行步驟七的處理，解預(yù)編碼模塊用于執(zhí)行步驟八的處理。具體的處理請參照本示例方法中的步驟，這里不再贅述。
與現(xiàn)有方法比較，上述實施例方案先利用參考信號子載波處的信道估計值計算出參考信號子載波處的均衡矩陣，再插值得到各數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣，減少了最為復(fù)雜的求解均衡矩陣的運算量。因此，利用本實施例設(shè)計的接收機在信道估計和解調(diào)部分的計算量顯著較低。假設(shè)頻域插值濾波器為24階^ = 24)，對于現(xiàn)有方法，求解每個OFDM符號內(nèi)每個子載波上的MIMO問題，平均需要155個實數(shù)乘法，141個實數(shù)加法，8個除法；而利用本實施例所述方法，求解每個OFDM符號內(nèi)每個子載波上的MIMO問題，平均需要87個實數(shù)乘法，85個實數(shù)加法，0.73個除法；可見運算要求大幅節(jié)省。
另外，現(xiàn)有技術(shù)是在生成均衡矩陣前就進行解預(yù)編碼的運算生成等效信道，而上述實施例方案將解預(yù)編碼放到MIMO解調(diào)之后再進行，就避免了解預(yù)編碼對各子載波之間時域和頻域相關(guān)性的破壞對均衡矩陣插值運算的不利影響。根據(jù)仿真實驗證明，利用本發(fā)明所述方法，沒有引起接收機性能的顯著下降。 在上述實施例的基礎(chǔ)上還可以有一些簡單的變換，例如，在一個變例中，可以
在根據(jù)參考信號估計得到一路信號的參考信號子載波處的信道估計值后，就計算出這些
參考信號子載波處的均衡矩陣，其他路信號的參考信號子載波處的均衡矩陣，以及所有
數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣都通過插值運算獲得。這樣運算量更小。類似的，在另一個變例中，可以在根據(jù)參考信號估計得到一路信號的參考信號子載波處的信道估計值后， 通過插值得到承載有參考信號的OFDM符號內(nèi)所有子載波的信道估計值，再計算這些 OFDM符號內(nèi)所有子載波的均衡矩陣，然后通過插值得到只承載數(shù)據(jù)信號的OFDM符號 內(nèi)所有子載波的均衡矩陣。這樣運算量較上述實施例大一些。以上的兩個變例在性能上 可以達到工程要求。 對于現(xiàn)代寬帶高速數(shù)據(jù)系統(tǒng)，要保證較高的吞吐率和較好的實時性，本發(fā)明所 述低復(fù)雜度的OFDM-MIMO解調(diào)器將顯著節(jié)省功耗和成本，這將有利于給出低功耗低成 本接收機解決方案。
權(quán)利要求
一種正交頻分復(fù)用(OFDM)-多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的解調(diào)方法，包括a)利用收到的參考信號，估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估計值；b)利用各信道上參考信號子載波處的信道估計值，計算得到所述參考信號子載波處的均衡矩陣；c)利用計算得到的所述均衡矩陣進行插值計算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣；d)利用所有數(shù)據(jù)子載波上收到的各路數(shù)據(jù)信號和對應(yīng)的均衡矩陣，計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值；e)利用預(yù)編碼矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值解預(yù)編碼，得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值。
2. 如權(quán)利要求1所述的解調(diào)方法，其特征在于步驟a)中估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估計值，是指對每一信道，先利用該信道收到的參考信號估計得到該信道對應(yīng)的一路信號的參考信號子載波處的信道估計值；再通過時域插值，得到該信道上其他路信號的參考信號子載波處的信道估計值；步驟b)中再計算得到各路信號的參考信號子載波處的均衡矩陣；步驟c)中利用已得到的均衡矩陣，通過頻域插值和時域插值運算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的解調(diào)方法，其特征在于步驟a)之后和步驟b)之前，還包括步驟對每一信道已得到的各參考信號子載波處的信道估計值進行頻域濾波；步驟b)是利用濾波后的信道估計值，計算得到所述參考信號子載波處的均衡矩陣。
4. 如權(quán)利要求2所述的解調(diào)方法，其特征在于步驟b)中，先根據(jù)每一信道在各路信號的參考信號子載波處的信道估計值構(gòu)成所述參考信號子載波處的信道傳輸矩陣^./，/1 ，然后采用下式計算得到所述參考信號子載波處的均衡矩陣<formula>formula see original document page 2</formula>其中，d[j'，/]為第j個OFDM內(nèi)第l個子載波的均衡矩陣，j為承載有參考信號的OFDM的序號，l為第j個OFDM內(nèi)參考信號子載波的序號，NO為每維的噪聲功率，I為單位矩陣，(./,/)為^(/J)的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
5. 如權(quán)利要求2所述的解調(diào)方法，其特征在于步驟c)中，先利用已得到的均衡矩陣做頻域插值，得到承載有參考信號的OFDM符號內(nèi)所有數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣并同時進行濾波，公式如下<formula>formula see original document page 2</formula>其中，f/[./Jl.G丄M分別為第j個OFDM內(nèi)第k個子載波處濾波前和濾波后的均衡矩陣，L'為濾波器濾波窗長度，f為[-L' /2， L' /2]范圍內(nèi)的任意整數(shù)，j為承載有參考信號的OFDM的序號，k為子載波序號，k， j均為整數(shù)，F(xiàn)' (f)是低通濾波器；然后，再利用已得到的均衡矩陣做時域插值，得到只承載數(shù)據(jù)信號的OFDM符號內(nèi)所有數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣。
6.如權(quán)利要求2或4或5所述的解調(diào)方法，其特征在于，步驟d)采用以下公式計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值其中，1^i,^l分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路和第l路發(fā)送信號的中間估值，G(i， k)為步驟c)得到的第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣，Y。[i， k]， YJi， k]分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處接收的第0路和第1路的數(shù)據(jù)信號，k為子載波序號，i為OFDM符號的序號，k， i均為整步驟e)采用以下公式計算得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值<formula>formula see original document page 3</formula>其中，i'。["]， f,[ij分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路和第l路發(fā)送數(shù)據(jù)的估值，W(i， k)為第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的預(yù)編碼矩陣，WH(i， k)為W(i， k)的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
7. —種正交頻分復(fù)用(OFDM)-多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)的解調(diào)器，包括多個OFDM解調(diào)模塊及對應(yīng)的幀解析模塊，預(yù)編碼矩陣生成模塊，其特征在于，還包括部分信道估計模塊、部分均衡矩陣生成模塊、均衡矩陣插值模塊、MIMO解調(diào)模塊和解預(yù)編碼模塊，其中所述部分信道估計模塊用于接收各幀解析模塊傳送的參考信號，估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估計值并傳送到所述部分均衡矩陣生成模塊；所述部分均衡矩陣生成模塊用于利用收到的各信道上參考信號子載波處的信道估計值，計算得到所述參考信號子載波處的均衡矩陣并傳送到所述均衡矩陣插值模塊；所述均衡矩陣插值模塊用于利用收到的所述均衡矩陣進行插值運算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣并傳送到所述MIMO解調(diào)模塊；所述MIMO解調(diào)模塊用于利用所述幀解析模塊傳送的所有數(shù)據(jù)子載波上的各路數(shù)據(jù)信號和所述均衡矩陣插值模塊傳送的均衡矩陣，計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值并傳送到所述解預(yù)編碼模塊；所述解預(yù)編碼模塊用于利用所述預(yù)編碼矩陣生成模塊傳送的預(yù)編碼矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值解預(yù)編碼，得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值。
8. 如權(quán)利要求7所述的解調(diào)器，其特征在于所述部分信道估計模塊在估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估計值時，是對每一信道，先利用該信道收到的參考信號估計得到該信道對應(yīng)的一路信號的參考信號子載波處的信道估計值，再通過時域插值，得到該信道上其他路信號的參考信號子載波處的信道估計值；所述部分均衡矩陣生成模塊是計算得到各路信號的參考信號子載波處的均衡矩陣；所述均衡矩陣插值模塊是利用己得到的均衡矩陣，通過頻域插值和時域插值運算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣。
9.如權(quán)利要求8所述的解調(diào)器，其特征在于所述部分信道估計模塊對每一信道，在計算得到該信道上各路信號的參考信號子載波處的信道估計值后，還對己得到的各參考信號子載波處的信道估計值進行頻域濾波，將各參考信號子載波處濾波后的信道估計值傳送到所述部分均衡矩陣生成模塊。
10.如權(quán)利要求8或9所述的解調(diào)器，其特征在于所述MIMO解調(diào)模塊采用以下公式計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值<formula>formula see original document page 4</formula>其中，K k七l，訓(xùn)t鼻防別是第i個oFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路和第l路發(fā)送信號的中間估值，Gfi，k)為第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的均衡矩陣，Y。[i，k]，Y。[i，k]分別是第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處接收的第0路和第l路的數(shù)據(jù)信號，k為子載波序號，i為OFDM符號的序號，k，i均為整數(shù)；所述解預(yù)編碼模塊采用以下公式計算得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值<formula>formula see original document page 4</formula>其中，虬k走l，一l憊j分別是第i個oFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的第0路和第l路發(fā)送數(shù)據(jù)的估值，w“，k)為第i個OFDM符號內(nèi)第k個數(shù)據(jù)子載波處的預(yù)編碼矩陣，wHfi，k)為wfi，k)的共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
全文摘要
一種OFDM-MIMO系統(tǒng)的解調(diào)方法及解調(diào)器，先利用收到的參考信號，估計得到各信道上參考信號子載波處的信道估計值；利用各信道上參考信號子載波處的信道估計值，得到參考信號子載波處的均衡矩陣；利用得到的均衡矩陣進行插值計算，得到所有數(shù)據(jù)子載波上的均衡矩陣；利用所有數(shù)據(jù)子載波上收到的各路數(shù)據(jù)信號和對應(yīng)的均衡矩陣，計算得到發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值；利用預(yù)編碼矩陣對發(fā)送數(shù)據(jù)的中間估值解預(yù)編碼，得到最終的發(fā)送數(shù)據(jù)估值。解調(diào)器包含OFDM解調(diào)模塊、幀解析模塊、預(yù)編碼矩陣生成模塊、部分信道估計模塊、部分均衡矩陣生成模塊、均衡矩陣插值模塊、MIMO解調(diào)模塊和解預(yù)編碼模塊。本發(fā)明可以降低OFDM-MIMO接收機的復(fù)雜度。
文檔編號H04L1/06GK101692665SQ20091017786
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者龔明 申請人:中興通訊股份有限公司