专利名称：一种ofdm与stbc结合时降低计算复杂度的方法
技术领域：
本发明属于移动通信领域，尤其涉及一种正交频分复用(orthogonalfrequency division multiplexing，以下简称OFDM)系统与空时分组码(Space-TimeBlock Code，以下简称STBC)发射分集相结合时降低计算复杂度的方法。
背景技术：
OFDM系统由于其具有较高的频谱利用率和能有效克服符号间干扰等优点而被IEEE802.16(Institute of Electrical and Electronics Engineers，电子电气工程师协会)和IEEE802.11等协议所采纳。Almouti于1998年提出一种基于两根发射天线的STBC空时分组码，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而被3Gpp(3rdGenerationPartnership Project，第3代移动通讯伙伴工程)和IEEE802.16等协议采纳。由于OFDM系统与STBC发射分集的结合融合了各自的优点，所以IEEE802.16协议同时采纳了二者。但OFDM系统与STBC的结合，同时也提高了发射端的计算复杂度，如2根天线采用Almouti STBC编码时需要对每个符号执行2次快速傅氏反变换(Inverse Fast Fourier Transform，以下简称IFFT)，分别对应着原始符号的IFFT和其共轭(或负共轭)的IFFT。
因此，现有技术存有缺陷，尚有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种OFDM系统与STBC结合时降低计算复杂度的方法，经过本发明的处理，可以使上述系统的IFFT计算只需对原始符号进行即可，而原始符号和原始符号共轭符号的所有复线性组合的IFFT结果都不需要直接进行IFFT运算，而只需要对原始符号IFFT的结果通过简单运算，如重新排序，取共轭再进行复线性组合即可，因此本发明的计算复杂度远远小于常规方法的计算量。
本发明的技术方案如下一种正交频分复用与空时分组码结合时降低计算复杂度的方法，其包括以下步骤a)对正交频分复用符号中的数据载波进行一次原始符号的快速傅氏反变换；b)对原始符号和原始符号共轭符号的所有复线性组合的快速傅氏反变换结果只通过对所述原始符号快速傅氏反变换的结果通过简单运算得到。
所述的方法，其中，所述简单运算包括重新排序，取共轭再进行复线性组合。
所述的方法，其中，所述发射的正交频分复用符号中有导频载波时，如果导频载波的位置是固定的，则先把该导频载波对应的快速傅氏反变换结果离线计算好，并存储起来，然后与所述数据载波对应的快速傅氏反变换的计算结果进行相加。
所述的方法，其中，所述重新排序是指对一个符号中的数据进行重新排序，即数据0仍然排在0号位置，数据1排在N-1号位置，数据2排在N-2号位置，依次类推；这里N是指正交频分复用系统的载波数。
所述的方法，其中，所述方法事先把各种导频位置对应的快速傅氏反变换结果都离线计算好，存储起来，在需要时调用即可。
所述的方法，其中，所述导频载波的位置发生改变时，则重新计算新导频载波位置所对应的快速傅氏反变换，然后存储起来。
本发明所提供的一种OFDM系统与STBC结合时降低计算复杂度的方法，通过以上步骤可使OFDM和STBC结合的系统，其IFFT的处理量大大低于常规方法的计算量。
图1是本发明的一种采用2根发射天线STBC的OFDMA系统中导频和数据的分布图；图2是本发明的另外一种采用2根发射天线STBC的OFDMA系统中导频和数据分布图；图3为本发明的OFDM系统符号中都是数据载波时的流程框图；图4为本发明的OFDM系统符号中既有数据载波，又有导频载波时的流程框图。
具体实施例方式
以下将详细描述本发明的至少一具体实施例，叙述是以2根发射天线采用Almouti STBC编码为例来说明如何有效的减少STBC与OFDM系统结合时的计算复杂度的，对于其他大于2根发射天线STBC编码时的情况类似，本领域普通技术人员可以无须脑力劳动的进行简单类推。
本发明所述OFDM系统与STBC发射分集相结合时降低IFFT计算复杂度的方法，分以下两种情况讨论，其装置的结构框图见图3和图4。
第一如果发射的OFDM符号中全是数据载波，输入符号数据后，则只需要计算一次原始符号的IFFT；而原始符号和原始符号共轭符号的所有复线性组合的IFFT结果都不需要直接进行IFFT运算，而只需要对原始符号IFFT的结果通过简单运算，如重新排序，取共轭再进行复线性组合即可进行STBC编码，经多天线发射，见图3。
上述重新排序是指对一个符号中的数据进行重新排序，即数据0仍然排在0号位置，数据1排在N-1号位置，数据2排在N-2号位置，依次类推。这里N是指IFFT的点数，也就是OFDM系统的载波数。
第二如果发射的OFDM符号中既有数据载波，又有导频载波时，只要导频载波的位置是固定的，则可以先把导频载波对应的IFFT结果离线计算好，存储起来，然后按照第一步骤计算出数据载波对应的IFFT，此时把导频载波处的调制值设为零，最后把两者的计算结果相加即可，见图4。一般来说，当某个基站的序列号和扇区号等信息固定后，其导频的位置也就固定了。即使遇到特殊情况导频的位置发生改变，则可以重新计算新导频位置所对应的IFFT，然后存储起来。在实际实现中，可以事先把各种导频位置对应的IFFT结果都离线计算好，存储起来，需要时调用即可。
在2根发射天线STBC与OFDM系统结合的时候，在发射端常规的实现方式是对于每个原始的OFDM符号及其共轭(或负共轭)分别执行1次IFFT。下面说明原始符号的共轭(或负共轭)符号的IFFT并不需要进行IFFT运算，而只需要对原始符号的简单运算即可。
用Xl，m表示在第l根天线上发射第m个符号，按照OFDM系统的Alamouti STBC发射方法，有天线1在时间t时发射的第m个符号X1，m＝[Xm(0)，Xm(1)，…，Xm(N-1)] (0.1)天线2在时间t时发射第m+1个符号X2，m+1＝[Xm+1(0)，Xm+1(1)，…，Xm+1(N-1)] (0.2)天线1在时间t+T时发射第m+1个符号的负共轭X1,m+1=[-Xm+1*(0),-Xm+1*(1),…,-Xm+1*(N-1)]---(0.3)]]>其中T是指每个发射符号的时间。
天线2在时间t+T时发射第m个符号的共轭X2,m=[Xm*(0),Xm*(1),…,Xm*(N-1)]---(0.4)]]>
上式中符号的右上角加一*号，表示复数的共轭，Xm(n)表示在符号m上第n个子载波，粗体大写Xl，m表示在第l根发射天线上传输第m个符号，是一个矢量，含有N个子载波数据。
用小写的x1，m，x2，m，x1，m+1和x2，m+1分别表示X1，m，X2，m，X1，m+1和X2，m+1的IFFT变换结果。根据Alamouti的结构，很显然可以得到以下结果X1,m+1=-X2,m+1*---(0.5)]]>X2,m=X1,m*---(0.6)]]>如果x(n)与X(k)互为DFT(Discrete Fourier Test，离散傅立叶变换)即x(n)↔DFTX(k)---(0.7)]]>根据DFT的对称属性，有x*((N-n))N↔DFTX*(k)---(0.8)]]>其中((n))N表示n模N。
根据式(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)]]>从式(0.9)中可以看到x1，m+1可以通过x2，m+1只进行负共轭和重新排序这两种简单的运算即可。从式(0.10)中可以看到x2，m也可以通过x1，m只进行共轭和重新排序这两种简单的运算即可。
在实际系统中如果某个符号只有数据载波，则可以很好的满足以上的推导。如果某个符号中既有数据载波又有导频载波，由于导频载波一般不满足STBC编码准则，所以需要对数据载波和导频载波分别进行处理。数据载波可以仍然按照以上的步骤处理，只是需要在导频载波处的调制值设为零。对于导频载波对应的IFFT结果，只要导频载波的位置是固定的，就可以事先把导频载波的IFFT结果计算出来，然后存储起来，最后把数据载波和导频载波各自对应的IFFT结果相加即可。
一般来说，当某个基站的序列号和扇区号等信息固定后，其导频的位置也就固定了，但如果遇到特殊情况导频的位置发生改变，则需要另外为导频重新计算对应的IFFT，然后存储起来。在实际实现中，可以事先把各种导频位置对应的IFFT结果都离线计算好，存储起来，需要时调用即可。
大于2根发射天线的情况与2根发射天线的处理思想类似，也应在本发明的构思和所附权利要求限定范围内。
下面将结合附图以2根发射天线Almouti STBC的正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access，以下简称OFDMA)系统为例进一步介绍本分明关于OFDM系统与STBC发射分集相结合时降低计算复杂度的方法。
如图1中所示发射天线0在时间t时发射的第m个符号101可以由式(0.1)表示，发射天线1在时间t时发射的第m+1个符号102可以由式(0.2)表示，发射天线0在时间t+T时发射的第m+1个符号的负共轭103可以由式(0.3)表示，发射天线1在时间t+T时发射的第m个符号的复共轭104可以由式(0.4)表示，其中T表示一个符号的时间。105形象的用图形表示了以上的过程。这里要说明的是，以上图示只是画出了所有载波中的一部分，“…”号表示省略了一些载波，总载波数为N，图中白色空心圆圈表示数据载波，实心圆圈表示导频载波，×号表示空载波。
这一系统中的符号既包括数据载波又包括导频载波，数据载波满足Almouti编码，而导频载波不满足Almouti编码，虽然如此，只要导频载波的位置是固定的，本发明方法便可以先把导频载波的IFFT结果算出来，存储起来，数据载波用上面提到的方法得到IFFT结果后，再对二者的结果进行相加即可。
一般来说，当某个基站的序列号和扇区号等信息固定后，其导频的位置也就固定了，但如果遇到特殊情况导频的位置发生改变，则需要另外为导频重新计算对应的IFFT，然后存储起来。在实际实现中，可以事先把各种导频位置对应的IFFT结果都离线计算好，存储起来，需要时调用即可。
通过以上步骤可以把图2的2根发射天线STBC与OFDM结合的系统，其IFFT的计算复杂度降低接近原来的1/2。
图2中201表示发射天线0在时间t时发射的第m个符号，203表示发射天线0在时间t+T时发射的第m+1个符号，202表示发射天线1在时间t时发射的第m+2个符号，204表示发射天线1在时间t+T时发射的第m+3个符号，205表示天线0在时间t+2T时发射的第m+2个符号的负共轭，207表示发射天线0在时间t+3T时发射的第m+3个符号的负共轭，206表示发射天线1在时间t+2T时发射的第m个符号的复共轭，208表示发射天线1在时间t+3T时发射的第m+1个符号的复共轭。209形象的用图形表示了以上的过程。
这里要说明的是，以上图示只是画出了所有载波中的一部分，“…”号表示省略了一些载波，总载波数为N，图示201和203是两个符号，但是每个符号可以用类似式(0.1)表示，图示202和204是两个符号，但是每个符号可以用类似式(0.2)表示，图示205和207是两个符号，但是每个符号可以用类似式(0.3)表示，图示206和208是两个符号，但是每个符号可以用类似式(0.4)表示。图中白色空心圆圈表示数据载波，实心圆圈表示导频载波，×号表示空载波。
在这一系统中符号201、202、205和206全是数据载波，满足Almouti编码。而导频载波不满足Almouti编码，虽然如此，只要导频载波的位置是固定的，便可以先把导频载波的IFFT结果算出来，存储起来，数据载波用上面提到的方法得到IFFT结果后，再对二者的结果进行相加即可。
一般来说，当某个基站的序列号和扇区号等信息固定后，其导频的位置也就固定了，但如果遇到特殊情况导频的位置发生改变，则需要另外为导频重新计算对应的IFFT，然后存储起来。在实际实现中，可以事先把各种导频位置对应的IFFT结果都离线计算好，存储起来，需要时调用即可。
通过以上步骤可以把图2的2根发射天线STBC与OFDM结合的系统，其IFFT的计算量降低接近原来的1/2。
注意，本发明所提到的OFDM系统，既包括通常意义的OFDM系统，也包括由通常意义的OFDM系统派生出来的OFDMA系统。同时，本发明提到的STBC不仅包括Almouti两根发射天线时的STBC，还包括大于两根发射天线时的所有STBC的情况。
上面是对本发明的较佳实施例的描述，熟悉本技术领域的人员应理解，对本发明的实施例的各种修正和变化都应落在本发明的构思和所附权利要求限定范围内。
权利要求
1.一种正交频分复用与空时分组码结合时降低计算复杂度的方法，其包括以下步骤a)对正交频分复用符号中的数据载波进行一次原始符号的快速傅氏反变换；b)对原始符号和原始符号共轭符号的所有复线性组合的快速傅氏反变换结果只通过对所述原始符号快速傅氏反变换的结果通过简单运算得到。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述简单运算包括重新排序，取共轭再进行复线性组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射的正交频分复用符号中有导频载波时，如果导频载波的位置是固定的，则先把该导频载波对应的快速傅氏反变换结果离线计算好，并存储起来，然后与所述数据载波对应的快速傅氏反变换的计算结果进行相加。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述重新排序是指对一个符号中的数据进行重新排序，即数据0仍然排在0号位置，数据1排在N-1号位置，数据2排在N-2号位置，依次类推；这里N是指正交频分复用系统的载波数。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法事先把各种导频位置对应的快速傅氏反变换结果都离线计算好，存储起来，在需要时调用即可。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导频载波的位置发生改变时，则重新计算新导频载波位置所对应的快速傅氏反变换，然后存储起来。
全文摘要
本发明的一种OFDM与STBC结合时降低计算复杂度的方法，其包括以下步骤对正交频分复用符号中的数据载波的计算过程为计算一次原始符号的快速傅氏反变换；对原始符号和原始符号共轭符号的所有复线性组合的快速傅氏反变换结果只通过对所述原始符号快速傅氏反变换的结果通过简单运算得到。本发明方法通过以上步骤可使OFDM和STBC结合的系统，其IFFT的处理量大大低于常规方法的计算量。
文档编号H04L1/06GK1770753SQ20041005207
公开日2006年5月10日 申请日期2004年11月5日 优先权日2004年11月5日
发明者郁光辉, 李立林 申请人:中兴通讯股份有限公司