專利名稱：一種ofdm與stbc結合時降低計算復雜度的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于移動通信領域，尤其涉及一種正交頻分復用(orthogonalfrequency division multiplexing，以下簡稱OFDM)系統(tǒng)與空時分組碼(Space-TimeBlock Code，以下簡稱STBC)發(fā)射分集相結合時降低計算復雜度的方法。
背景技術：
OFDM系統(tǒng)由于其具有較高的頻譜利用率和能有效克服符號間干擾等優(yōu)點而被IEEE802.16(Institute of Electrical and Electronics Engineers，電子電氣工程師協(xié)會)和IEEE802.11等協(xié)議所采納。Almouti于1998年提出一種基于兩根發(fā)射天線的STBC空時分組碼，由于其在衰落信道下可以大大提高接收鏈路的質量，且實現(xiàn)簡單、接收機譯碼復雜度低而被3Gpp(3rdGenerationPartnership Project，第3代移動通訊伙伴工程)和IEEE802.16等協(xié)議采納。由于OFDM系統(tǒng)與STBC發(fā)射分集的結合融合了各自的優(yōu)點，所以IEEE802.16協(xié)議同時采納了二者。但OFDM系統(tǒng)與STBC的結合，同時也提高了發(fā)射端的計算復雜度，如2根天線采用Almouti STBC編碼時需要對每個符號執(zhí)行2次快速傅氏反變換(Inverse Fast Fourier Transform，以下簡稱IFFT)，分別對應著原始符號的IFFT和其共軛(或負共軛)的IFFT。
因此，現(xiàn)有技術存有缺陷，尚有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種OFDM系統(tǒng)與STBC結合時降低計算復雜度的方法，經(jīng)過本發(fā)明的處理，可以使上述系統(tǒng)的IFFT計算只需對原始符號進行即可，而原始符號和原始符號共軛符號的所有復線性組合的IFFT結果都不需要直接進行IFFT運算，而只需要對原始符號IFFT的結果通過簡單運算，如重新排序，取共軛再進行復線性組合即可，因此本發(fā)明的計算復雜度遠遠小于常規(guī)方法的計算量。
本發(fā)明的技術方案如下一種正交頻分復用與空時分組碼結合時降低計算復雜度的方法，其包括以下步驟a)對正交頻分復用符號中的數(shù)據(jù)載波進行一次原始符號的快速傅氏反變換；b)對原始符號和原始符號共軛符號的所有復線性組合的快速傅氏反變換結果只通過對所述原始符號快速傅氏反變換的結果通過簡單運算得到。
所述的方法，其中，所述簡單運算包括重新排序，取共軛再進行復線性組合。
所述的方法，其中，所述發(fā)射的正交頻分復用符號中有導頻載波時，如果導頻載波的位置是固定的，則先把該導頻載波對應的快速傅氏反變換結果離線計算好，并存儲起來，然后與所述數(shù)據(jù)載波對應的快速傅氏反變換的計算結果進行相加。
所述的方法，其中，所述重新排序是指對一個符號中的數(shù)據(jù)進行重新排序，即數(shù)據(jù)0仍然排在0號位置，數(shù)據(jù)1排在N-1號位置，數(shù)據(jù)2排在N-2號位置，依次類推；這里N是指正交頻分復用系統(tǒng)的載波數(shù)。
所述的方法，其中，所述方法事先把各種導頻位置對應的快速傅氏反變換結果都離線計算好，存儲起來，在需要時調用即可。
所述的方法，其中，所述導頻載波的位置發(fā)生改變時，則重新計算新導頻載波位置所對應的快速傅氏反變換，然后存儲起來。
本發(fā)明所提供的一種OFDM系統(tǒng)與STBC結合時降低計算復雜度的方法，通過以上步驟可使OFDM和STBC結合的系統(tǒng)，其IFFT的處理量大大低于常規(guī)方法的計算量。


圖1是本發(fā)明的一種采用2根發(fā)射天線STBC的OFDMA系統(tǒng)中導頻和數(shù)據(jù)的分布圖；圖2是本發(fā)明的另外一種采用2根發(fā)射天線STBC的OFDMA系統(tǒng)中導頻和數(shù)據(jù)分布圖；圖3為本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)符號中都是數(shù)據(jù)載波時的流程框圖；圖4為本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)符號中既有數(shù)據(jù)載波，又有導頻載波時的流程框圖。
具體實施例方式
以下將詳細描述本發(fā)明的至少一具體實施例，敘述是以2根發(fā)射天線采用Almouti STBC編碼為例來說明如何有效的減少STBC與OFDM系統(tǒng)結合時的計算復雜度的，對于其他大于2根發(fā)射天線STBC編碼時的情況類似，本領域普通技術人員可以無須腦力勞動的進行簡單類推。
本發(fā)明所述OFDM系統(tǒng)與STBC發(fā)射分集相結合時降低IFFT計算復雜度的方法，分以下兩種情況討論，其裝置的結構框圖見圖3和圖4。
第一如果發(fā)射的OFDM符號中全是數(shù)據(jù)載波，輸入符號數(shù)據(jù)后，則只需要計算一次原始符號的IFFT；而原始符號和原始符號共軛符號的所有復線性組合的IFFT結果都不需要直接進行IFFT運算，而只需要對原始符號IFFT的結果通過簡單運算，如重新排序，取共軛再進行復線性組合即可進行STBC編碼，經(jīng)多天線發(fā)射，見圖3。
上述重新排序是指對一個符號中的數(shù)據(jù)進行重新排序，即數(shù)據(jù)0仍然排在0號位置，數(shù)據(jù)1排在N-1號位置，數(shù)據(jù)2排在N-2號位置，依次類推。這里N是指IFFT的點數(shù)，也就是OFDM系統(tǒng)的載波數(shù)。
第二如果發(fā)射的OFDM符號中既有數(shù)據(jù)載波，又有導頻載波時，只要導頻載波的位置是固定的，則可以先把導頻載波對應的IFFT結果離線計算好，存儲起來，然后按照第一步驟計算出數(shù)據(jù)載波對應的IFFT，此時把導頻載波處的調制值設為零，最后把兩者的計算結果相加即可，見圖4。一般來說，當某個基站的序列號和扇區(qū)號等信息固定后，其導頻的位置也就固定了。即使遇到特殊情況導頻的位置發(fā)生改變，則可以重新計算新導頻位置所對應的IFFT，然后存儲起來。在實際實現(xiàn)中，可以事先把各種導頻位置對應的IFFT結果都離線計算好，存儲起來，需要時調用即可。
在2根發(fā)射天線STBC與OFDM系統(tǒng)結合的時候，在發(fā)射端常規(guī)的實現(xiàn)方式是對于每個原始的OFDM符號及其共軛(或負共軛)分別執(zhí)行1次IFFT。下面說明原始符號的共軛(或負共軛)符號的IFFT并不需要進行IFFT運算，而只需要對原始符號的簡單運算即可。
用Xl，m表示在第l根天線上發(fā)射第m個符號，按照OFDM系統(tǒng)的Alamouti STBC發(fā)射方法，有天線1在時間t時發(fā)射的第m個符號X1，m＝[Xm(0)，Xm(1)，…，Xm(N-1)] (0.1)天線2在時間t時發(fā)射第m+1個符號X2，m+1＝[Xm+1(0)，Xm+1(1)，…，Xm+1(N-1)] (0.2)天線1在時間t+T時發(fā)射第m+1個符號的負共軛X1,m+1=[-Xm+1*(0),-Xm+1*(1),…,-Xm+1*(N-1)]---(0.3)]]>其中T是指每個發(fā)射符號的時間。
天線2在時間t+T時發(fā)射第m個符號的共軛X2,m=[Xm*(0),Xm*(1),…,Xm*(N-1)]---(0.4)]]>
上式中符號的右上角加一*號，表示復數(shù)的共軛，Xm(n)表示在符號m上第n個子載波，粗體大寫Xl，m表示在第l根發(fā)射天線上傳輸?shù)趍個符號，是一個矢量，含有N個子載波數(shù)據(jù)。
用小寫的x1，m，x2，m，x1，m+1和x2，m+1分別表示X1，m，X2，m，X1，m+1和X2，m+1的IFFT變換結果。根據(jù)Alamouti的結構，很顯然可以得到以下結果X1,m+1=-X2,m+1*---(0.5)]]>X2,m=X1,m*---(0.6)]]>如果x(n)與X(k)互為DFT(Discrete Fourier Test，離散傅立葉變換)即x(n)↔DFTX(k)---(0.7)]]>根據(jù)DFT的對稱屬性，有x*((N-n))N↔DFTX*(k)---(0.8)]]>其中((n))N表示n模N。
根據(jù)式(0.1)～(0.8)，很容易推出x1,m+1(n)=-x2,m+1*(N-n)---(0.9)]]>x2,m(n)=x1,m*(N-n)---(0.10)]]>從式(0.9)中可以看到x1，m+1可以通過x2，m+1只進行負共軛和重新排序這兩種簡單的運算即可。從式(0.10)中可以看到x2，m也可以通過x1，m只進行共軛和重新排序這兩種簡單的運算即可。
在實際系統(tǒng)中如果某個符號只有數(shù)據(jù)載波，則可以很好的滿足以上的推導。如果某個符號中既有數(shù)據(jù)載波又有導頻載波，由于導頻載波一般不滿足STBC編碼準則，所以需要對數(shù)據(jù)載波和導頻載波分別進行處理。數(shù)據(jù)載波可以仍然按照以上的步驟處理，只是需要在導頻載波處的調制值設為零。對于導頻載波對應的IFFT結果，只要導頻載波的位置是固定的，就可以事先把導頻載波的IFFT結果計算出來，然后存儲起來，最后把數(shù)據(jù)載波和導頻載波各自對應的IFFT結果相加即可。
一般來說，當某個基站的序列號和扇區(qū)號等信息固定后，其導頻的位置也就固定了，但如果遇到特殊情況導頻的位置發(fā)生改變，則需要另外為導頻重新計算對應的IFFT，然后存儲起來。在實際實現(xiàn)中，可以事先把各種導頻位置對應的IFFT結果都離線計算好，存儲起來，需要時調用即可。
大于2根發(fā)射天線的情況與2根發(fā)射天線的處理思想類似，也應在本發(fā)明的構思和所附權利要求限定范圍內。
下面將結合附圖以2根發(fā)射天線Almouti STBC的正交頻分多址(orthogonal frequency division multiple access，以下簡稱OFDMA)系統(tǒng)為例進一步介紹本分明關于OFDM系統(tǒng)與STBC發(fā)射分集相結合時降低計算復雜度的方法。
如圖1中所示發(fā)射天線0在時間t時發(fā)射的第m個符號101可以由式(0.1)表示，發(fā)射天線1在時間t時發(fā)射的第m+1個符號102可以由式(0.2)表示，發(fā)射天線0在時間t+T時發(fā)射的第m+1個符號的負共軛103可以由式(0.3)表示，發(fā)射天線1在時間t+T時發(fā)射的第m個符號的復共軛104可以由式(0.4)表示，其中T表示一個符號的時間。105形象的用圖形表示了以上的過程。這里要說明的是，以上圖示只是畫出了所有載波中的一部分，“…”號表示省略了一些載波，總載波數(shù)為N，圖中白色空心圓圈表示數(shù)據(jù)載波，實心圓圈表示導頻載波，×號表示空載波。
這一系統(tǒng)中的符號既包括數(shù)據(jù)載波又包括導頻載波，數(shù)據(jù)載波滿足Almouti編碼，而導頻載波不滿足Almouti編碼，雖然如此，只要導頻載波的位置是固定的，本發(fā)明方法便可以先把導頻載波的IFFT結果算出來，存儲起來，數(shù)據(jù)載波用上面提到的方法得到IFFT結果后，再對二者的結果進行相加即可。
一般來說，當某個基站的序列號和扇區(qū)號等信息固定后，其導頻的位置也就固定了，但如果遇到特殊情況導頻的位置發(fā)生改變，則需要另外為導頻重新計算對應的IFFT，然后存儲起來。在實際實現(xiàn)中，可以事先把各種導頻位置對應的IFFT結果都離線計算好，存儲起來，需要時調用即可。
通過以上步驟可以把圖2的2根發(fā)射天線STBC與OFDM結合的系統(tǒng)，其IFFT的計算復雜度降低接近原來的1/2。
圖2中201表示發(fā)射天線0在時間t時發(fā)射的第m個符號，203表示發(fā)射天線0在時間t+T時發(fā)射的第m+1個符號，202表示發(fā)射天線1在時間t時發(fā)射的第m+2個符號，204表示發(fā)射天線1在時間t+T時發(fā)射的第m+3個符號，205表示天線0在時間t+2T時發(fā)射的第m+2個符號的負共軛，207表示發(fā)射天線0在時間t+3T時發(fā)射的第m+3個符號的負共軛，206表示發(fā)射天線1在時間t+2T時發(fā)射的第m個符號的復共軛，208表示發(fā)射天線1在時間t+3T時發(fā)射的第m+1個符號的復共軛。209形象的用圖形表示了以上的過程。
這里要說明的是，以上圖示只是畫出了所有載波中的一部分，“…”號表示省略了一些載波，總載波數(shù)為N，圖示201和203是兩個符號，但是每個符號可以用類似式(0.1)表示，圖示202和204是兩個符號，但是每個符號可以用類似式(0.2)表示，圖示205和207是兩個符號，但是每個符號可以用類似式(0.3)表示，圖示206和208是兩個符號，但是每個符號可以用類似式(0.4)表示。圖中白色空心圓圈表示數(shù)據(jù)載波，實心圓圈表示導頻載波，×號表示空載波。
在這一系統(tǒng)中符號201、202、205和206全是數(shù)據(jù)載波，滿足Almouti編碼。而導頻載波不滿足Almouti編碼，雖然如此，只要導頻載波的位置是固定的，便可以先把導頻載波的IFFT結果算出來，存儲起來，數(shù)據(jù)載波用上面提到的方法得到IFFT結果后，再對二者的結果進行相加即可。
一般來說，當某個基站的序列號和扇區(qū)號等信息固定后，其導頻的位置也就固定了，但如果遇到特殊情況導頻的位置發(fā)生改變，則需要另外為導頻重新計算對應的IFFT，然后存儲起來。在實際實現(xiàn)中，可以事先把各種導頻位置對應的IFFT結果都離線計算好，存儲起來，需要時調用即可。
通過以上步驟可以把圖2的2根發(fā)射天線STBC與OFDM結合的系統(tǒng)，其IFFT的計算量降低接近原來的1/2。
注意，本發(fā)明所提到的OFDM系統(tǒng)，既包括通常意義的OFDM系統(tǒng)，也包括由通常意義的OFDM系統(tǒng)派生出來的OFDMA系統(tǒng)。同時，本發(fā)明提到的STBC不僅包括Almouti兩根發(fā)射天線時的STBC，還包括大于兩根發(fā)射天線時的所有STBC的情況。
上面是對本發(fā)明的較佳實施例的描述，熟悉本技術領域的人員應理解，對本發(fā)明的實施例的各種修正和變化都應落在本發(fā)明的構思和所附權利要求限定范圍內。
權利要求
1.一種正交頻分復用與空時分組碼結合時降低計算復雜度的方法，其包括以下步驟a)對正交頻分復用符號中的數(shù)據(jù)載波進行一次原始符號的快速傅氏反變換；b)對原始符號和原始符號共軛符號的所有復線性組合的快速傅氏反變換結果只通過對所述原始符號快速傅氏反變換的結果通過簡單運算得到。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述簡單運算包括重新排序，取共軛再進行復線性組合。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射的正交頻分復用符號中有導頻載波時，如果導頻載波的位置是固定的，則先把該導頻載波對應的快速傅氏反變換結果離線計算好，并存儲起來，然后與所述數(shù)據(jù)載波對應的快速傅氏反變換的計算結果進行相加。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述重新排序是指對一個符號中的數(shù)據(jù)進行重新排序，即數(shù)據(jù)0仍然排在0號位置，數(shù)據(jù)1排在N-1號位置，數(shù)據(jù)2排在N-2號位置，依次類推；這里N是指正交頻分復用系統(tǒng)的載波數(shù)。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法事先把各種導頻位置對應的快速傅氏反變換結果都離線計算好，存儲起來，在需要時調用即可。
6.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述導頻載波的位置發(fā)生改變時，則重新計算新導頻載波位置所對應的快速傅氏反變換，然后存儲起來。
全文摘要
本發(fā)明的一種OFDM與STBC結合時降低計算復雜度的方法，其包括以下步驟對正交頻分復用符號中的數(shù)據(jù)載波的計算過程為計算一次原始符號的快速傅氏反變換；對原始符號和原始符號共軛符號的所有復線性組合的快速傅氏反變換結果只通過對所述原始符號快速傅氏反變換的結果通過簡單運算得到。本發(fā)明方法通過以上步驟可使OFDM和STBC結合的系統(tǒng)，其IFFT的處理量大大低于常規(guī)方法的計算量。
文檔編號H04L1/06GK1770753SQ20041005207
公開日2006年5月10日 申請日期2004年11月5日 優(yōu)先權日2004年11月5日
發(fā)明者郁光輝, 李立林 申請人:中興通訊股份有限公司