基于 LTE 系统下行发射分集模式的数据解调方法和解调装 置 【技术领域】
本发明涉及 LTE 系统领域， 尤其涉及一种基于 LTE 系统下行发射分集模式的数据 解调方法和解调装置。背景技术
当前无线通信技术正在面临一些限制， 例如有限的带宽与发射功率、 用户端更高 的移动速度带来的多普勒效应、 干扰、 信号衰减以及多径效应等。随着研究的进一步深入 和发展， 未来移动通信宽带无线移动和无线接入融合系统成为当前热门的研究课题， 而 MIMO(Multiple Input Multiple Output， 多路输入多路输出 ) 系统是人们研究的热点之 一。MIMO 的基本思想是在发射、 接收或收发双端采用多个天线， 通过空时处理技术， 充分利 用信道之间的独立衰落特性， 提高频谱利用率、 通信质量和系统容量。 空时编码是 MIMO 系统的基础， 空时编码技术利用存在于空域与时域之间的正交 或准正交特性， 按照某种设计准则， 把编码冗余信息尽量均匀映射到时空二维平面， 以减弱 无线多径传播所引起的空间选择性衰落及时间选择性衰落的影响， 从而实现无线信道中高 可靠性的高速数据传输。Alamouti 于 1998 年提出一种基于两根发射天线的 STBC(Space Time Block Coding， 空时块码 )， 由于其在衰落信道下可以大大提高接收链路的质量， 且 实现简单、 接收机译码复杂度低， 因而被 3GPP(3rd Generation Partnership Project) 和 IEEE802.16 等协议采纳。但在 Alamouti 编码方案中要求假定在前后两个时刻中信道 保持不变， 从而在衰落环境中， SFBC(SpaceFrequency Block Coding， 空频块码 ) 相比于 只能在低速衰落环境下才能保证其性能的 STBC 更为稳定， 而且 SFBC 这种应用于相邻子 信道或相邻载波的多载波技术更适合应用在基于 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 正交频分复用 ) 技术的 LTE 多载波调制系统中。
图 1a 和图 1b 分别为两端口及四端口情况下 LTE 无线通信系统中的分集发射方法 的原理框图。与采用两根发射天线在不牺牲数据率的基础上获得分集增益的情况不同， 通 过四个发射端口采用发射分集模式时对于 N 个码元需要 2N 个子载波， 从而导致数据率的降 低。为了在 LTE 系统中发射分集模式下通过多端口实现全速率发射， 协议规定在四端口时 采用基于 SFBC+FSTD(Frequency SwitchedTransmit Diversity， 频率切换分集 ) 的下行发 射分集方案。 所以， 如果将传统的基于两端口下的解调方法直接应用于四端口模式下， 会导 致性能损失 ； 而如果利用直接对编码矩阵求逆的方法会导致下行解调算法的复杂度急剧升 高。
因此， 需要提出一种新的解决方案， 以克服现有技术中的缺陷。
发明内容 本发明的目的是提供一种基于 LTE 系统下行发射分集模式的数据解调方法和解 调装置， 具体地， 提供一种针对 LTE 通信系统中下行采用基于 SFBC+FSTD 的发射分集算法的
接收端解调算法方案， 从而使得 LTE 通信系统在多端口的发射分集模式中能够保证全速率 发射数据， 并且保证相应的分集增益。
根据本发明的一个方面， 提供了一种基于 LTE 系统下行发射分集模式的数据解调 方法， 该方法包括以下步骤 ：
利用小区参考信号对下行信道进行信道估计， 得到信道估计值 ；
根据发射端和接收端的天线数目将各接收天线的基于发射分集模式的各子载波 上的接收数据分为多组接收数据 ；
对于该多组接收数据中的每组， 分别根据两端口发射单端口接收的解调算法进行 独立解调， 得到对应的一组解调数据 ；
对于对应于同一发射数据的多组解调数据， 根据该多组解调数据中的每组所对应 的信道情况将该多组解调数据按最大比合并， 得到与该同一发射数据所对应的解调最终数 据值。
优选地， 对于对应于同一发射数据的多组解调数据， 根据每组所对应的信道情况， 将该多组解调数据按最大比合并包括 ：
根据下行信道的信道估计值， 测量每组解调数据的信干噪比 SINRi， 其中， i＝ 1，…， K， K 为多组接收数据的组数 ；
根据每组解调数据所对应的信干噪比 SINRi， 将该多组解调数据按最大比合并， 得 到与同一发射数据对应的解调最终数据值。
优选地， 通过如下公式进行按最大比合并操作 ：
其中， λi， λj 分别表示第 i、 j 组的最大比合并系数， i， j ＝ 1，…， K， 并且得到的 与同一发射数据对应的解调最终数据值满足 ：
其中，表示与同一发射数据对应的解调最终数据值， 而表示第 i组解调数据， i ＝ 1，…， K。
优选地， 将各接收天线的基于发射分集模式的子载波上的接收数据分为多组接收 数据包括 ：
将 同 一 接 收 天 线 的 相 邻 的 两 个 子 载 波 的 数 据 分 为 一 组， 共 分 成 K 组， 其 中， N、 M 分别为发射端和接收端的天线数目。
优选地， 通过如下公式确定每组解调数据的信干噪比 SINRi ：其中， h11 和 h21 分别为同一组内第一发射端口和第二发射端口到第一接收端口的 2 信道估计值， σ 为干扰噪声功率， 且设定每组的 σ2 相同。
根据本发明的另一方面， 提供了一种基于 LTE 系统下行发射分集模式的数据解调
装置， 该装置包括 ：
信道估计单元， 用于利用小区参考信号对下行信道进行信道估计 ；
数据分组单元， 用于根据发射端和接收端的天线数目将各接收天线的基于发射分 集模式的各子载波上的接收数据分为多组接收数据 ；
独立解调单元， 用于对于该多组接收数据中的每组， 分别根据两端口发射单端口 接收的解调算法进行独立解调， 得到对应的一组解调数据 ；
解调最终数据值设置单元， 用于对于与同一发射数据对应的多组解调数据， 根据 该多组解调数据中的每一组所对应的信道情况， 得到与该同一发射数据对应的解调最终数 据值。
优选地， 还包括信干噪比测量单元， 用于根据信道估计单元测得的下行信道的信 道估计值测量每组解调数据的信干噪比 SINRi， 其中， i ＝ 1，…， K， K 为多组接收数据的组 数， 并且， 其中，
对于对应于同一发射数据的多组解调数据， 该解调最终数据值设置单元根据由信 干噪比测量单元测量的每组解调数据所对应的信干噪比 SINRi， 将该多组解调数据按最大 比合并， 得到与同一发射数据对应的解调最终数据值。
优选地， 解调最终数据值设置单元通过如下公式进行最大比合并操作 ：其中， λi， λj 分别表示第 i、 j 组的最大比合并系数， i， j ＝ 1，…， K， 并且得到的 与同一发射数据对应的解调最终数据值满足 ：
其中，表示与同一发射数据对应的解调最终数据值， 而表示第 i组解调数据， i ＝ 1，…， K。
优选地， 数据分组单元将各接收天线的基于发射分集模式的子载波上的接收数据 分为多组接收数据包括 ：
将 同 一 接 收 天 线 的 相 邻 的 两 个 子 载 波 的 数 据 分 为 一 组， 共 分 成 K 组， 其 中， N、 M 分别为发射端和接收端的天线数目。
优选地， 信干噪比测量单元通过如下公式确定每组解调数据的信干噪比 SINRi ：其中， h11 和 h21 分别为同一组内第一发射端口和第二发射端口到第一接收端口的 2 信道估计值， σ 为干扰噪声功率， 且设定每组的 σ2 相同。
本发明所提供的在 LTE 系统下行发射分集模式多端口情况中的接收端解调方法 和解调装置， 通过首先利用小区参考信号对下行信道进行信道估计， 进而根据接收端发射 端天线数目将各接收天线的各子载波上的接收数据分组， 各组内接收数据利用两端口译码 方法获得解调数据， 接下来优选利用各组对应的信干噪比对各组解调数据进行按最大比合
并， 从而使得 LTE 通信系统能在保证系统传输速率的基础上利用空间分集技术提高系统的 性能， 并且在接收端利用简单的两天线译码模块单元实现各种完成多天线组合配置下的分 集模式解调工作， 有效降低接收端的设备复杂度及系统成本。 附图说明 附图用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与本发明的实 施例一起用于解释本发明， 其中， 这些实施例并不构成对本发明的限制。在附图中 ：
图 1a 和图 1b 分别为 LTE 无线通信系统中的两端口及四端口情况下分集发射方法 的原理框图 ；
图 2 为根据本发明实施例的基于 LTE 系统下行发射分集模式下的解调方法的具体 实施流程图 ；
图 3 为根据本发明优选实施例的 LTE 系统中下行发射分集模式下的解调方法的具 体实施流程图 ；
图 4 为根据本发明实施例的基于 LTE 系统下行发射分集模式下的解调装置的结构 框图 ；
图 5 为根据本发明优选实施例的 LTE 系统中下行发射分集模式下的解调装置的优 选结构框图。具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明， 应当理解， 此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明， 并不用于限定本发明。
方法实施例
图 2 示出了根据本发明实施例的基于 LTE 系统下行发射分集模式下的解调方法的 流程框图， 该解调方法包括以下步骤 ：
步骤 S202， 利用小区参考信号对下行信道进行信道估计， 得到信道估计值 ；
步骤 S204， 根据发射端和接收端的天线数目将各接收天线的各子载波上的接收数 据分为多组接收数据 ；
步骤 S206， 对于该多组接收数据中的每一组， 分别根据两端口发射单端口接收的 解调算法进行独立解调， 得到对应的一组解调数据 ；
步骤 S208， 对于与同一发射数据对应的多组解调数据， 根据该多组解调数据中的 每一组所对应的信道情况将该多组解调数据按最大比合并， 得到与该同一发射数据对应的 解调最终数据值。
图 3 示出了根据本发明优选实施例的 LTE 系统中下行发射分集模式下的解调方法 的具体实施流程图， 该解调方法包括以下步骤 ：
步骤 S301， 各接收天线在固定的 RE 位置上， 利用接收数据和已知的小区参考信号 计算该位置上的信道估计值， 其中， 该 RE 位置为各发射天线所发射小区参考信号所在时频 位置， 并且， 其中计算方法包括但不限于 LS 算法等。
步骤 S302， 根据上一步骤的结果， 利用插值算法得到下行所有 RE 上的信道估计 值， 其中插值算法包括但不限于线性插值算法等。步骤 S303， 根据接收端和发射端的天线数目确定组数 K，其中 N、 M 分别为发射端和接收端的天线数目。
步骤 S304， 根据同一接收天线相邻两个子载波的数据为一组的原则将各接收天线 的基于发射分集模式的各子载波上的接收数据分为 K 组接收数据。
步骤 S305， 对于该多组接收数据中的每一组， 根据两端口发射单端口接收的 SFBC 解调算法进行独立解调， 得到对应的一组解调数据。
在该实施例中， 对每组接收数据分别进行独立解调， 具体地， 每组接收数据中所采 用的解调算法如下所示 ：
假设步骤 S304 中得到分组后的任意一组接收数据为 [r0 r1]T， 对应的发射数据为 则经发射端发射分集模块编码后的数据为矩阵形式 [S0 S1]T， 其中每列表示同一个 RE 上的每个天线端口上所映射的数据符号， 每行表示同一个端口上的每个 RE 上所 映射的数据符号。则接收端解调数据估计为 ：
其中， hij 表示该组内发射端口 i(i ＝ 1，…， N) 到接收端口 j(j ＝ 1，…， M) 的信 道估计值。 由此， 共得到 K 组解调数据
步骤 S306， 测量每组解调数据的信干噪比 SINRi， 其中， i ＝ 1，…， K，
具体地， 所得信干噪比 SINRi 取决于对应子载波的信道功率大小以及干扰噪声功 率。计算信干噪比的测量算法包括但不限于本例所述假定各组内干扰噪声功率相同， 根据 组内信道估计值幅度大小确定信干噪比的方法， 具体如下 ：
其中， h11 和 h21 分别为同一组内第一发射端口和第二发射端口到第一接收端口的 2 信道估计值， σ 为干扰噪声功率大小。
步骤 S307， 对于与同一发射数据所对应的多组解调数据， 根据其中的每一组所对 应的信干噪比将该多组解调数据进行最大比合并， 得到与同一发射数据所对应的解调最终 数据值，
具体准则如下 ：
1) 在发射端为两端口情况下 ：
所有 K ＝ M 组解调数据均对应同一发射数据 [S0 S1]T， 因此各组的最大比合并系数 λi( 其中， i ＝ 1，…， M) 可根据下式得到 ：
其中， i， j ＝ 1，…， K。 由此， 所得解调最终数据值为 ：2) 在发射端为四端口情况下 ：
所有 K ＝ 2M 组解调数据中， 第一单元 M 组解调数据对应发射数据 [S0 S1]T， 另外第 T 二单元 M 组解调数据对应发射数据 [S2 S3] ， 因此各单元中各组的最大比合并系数 λp， i( 其 中， p ＝ 0 或 1， i ＝ 1，…， M， 且 p 为 0 和 1 时分别对应于第一单元 M 组解调数据和第二单 元 M 组解调数据 ) 可根据下式得到 ：
其中， p ＝ 0 或 1， 且 i， j ＝ 1，…， M。 由此， 所得解调最终数据值为 ：装置实施例
图 4 为根据本发明实施例的基于下行发射分集模式下的解调装置的结构框图， 该 解调装置包括 ：
信道估计单元 10， 利用小区参考信号对下行信道进行信道估计 ；
数据分组单元 20， 根据发射端和接收端的天线数目将各接收天线的基于发射分集 模式的各子载波上的接收数据分组， 得到多组接收数据 ；
独立解调单元 30， 连接于信道估计单元 10 和数据分组单元 20， 对于接收自该数据 分组单元 20 的多组接收数据中的每一组， 根据两端口发射单端口接收的解调算法进行独 立解调， 得到对应的一组解调数据 ；
解调最终数据值设置单元 50， 连接于独立解调单元 30 和信道估计单元 10， 对于与 同一发射数据对应的多组解调数据， 根据该多组解调数据中的每一组所对应的信道情况将 该多组解调数据按最大比合并， 得到与同一发射数据所对应的解调最终数据值。
图 5 为根据本发明优选实施例的 LTE 系统中下行发射分集模式下的解调装置的优 选结构框图， 如图 5 所示， 该结构框图与图 4 所示结构框图基本相同， 不同之处在于， 还包括 信干噪比测量单元 40， 其连接于信道比估计单元 10 与解调最终数据值设置单元 50 之间， 测 量各组解调数据的信干噪比 SINRi， i ＝ 1，…， K。
优选地， 解调最终数据值设置单元 50 根据信干噪比测量单元测量的每组解调数 据所对应的信干噪比 SINRi， 将多组解调数据按最大比合并， 使得满足 ：
其中， λi， λj 表示第 i、 j 组的最大比合并系数， i， j ＝ 1，…， K，由此得到与同一发射数据对应的解调最终数据值 表示第 i 组解调数据。其中，
在该实施例中， 优选地， 数据分组单元 20 根据接收端和发射端的天线数目确定组 数 K 并根据同一接收天线相邻两个子载波的数据为一组的原则将接收到的数据分为 K 组接 收数据， 其中， N、 M 分别表示发射端和接收端的天线数目。并且， 在图 5 所示实施例中， 优选地， 信干噪比测量单元 40 设定各组内干扰噪声功 率相同， 从而根据各组内信道估计值幅度大小来确定信干噪比 SINRi。
总之， 本发明所提出的基于 LTE 系统下行发射分集模式下的数据解调方法和装置 在各种天线配置情况下保证采用分集算法的系统性能， 并且在具体应用中可以降低成本和 设备复杂度， 非常利于工程实现。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。