专利名称：LTE系统上行参考信号q阶ZC序列的生成方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，本发明涉及一种LTE(Long Term Evolution，长期演 进)系统上行参考信号q阶ZadofT-Chu(ZC)序列的生成方法及其系统。
背景技术：
LTE是3GPP在“移动通信宽带化”趋势下，为了对抗WiMAX等移动宽带无线接入技 术的市场挑战，在十几年B3G研究的技术储备基础上研发的准4G技术。LTE主要采用OFDM 和MIMO技术，极大地提高了系统的吞吐率。参考信号在LTE中具有重要的作用，主要用于接收端提取信息、信道估计和均衡 等。q阶ZC序列是一种应用较广的序列，由于其具有很好的PAPR特性，从而被很多系统采 用作为参考信号序列。在LTE系统中，上行参考信号序列是以q阶ZC序列为基础产生的。
q阶ZC序列的产生公式为、…)O彡m彡M-1。其中，M为ZC序列的长度。实际系统中，直接按照公式产生q阶ZC序列复杂度较大。一方面，相位上需要有 M2级的数值运算；另一方面，三角函数的产生比较复杂；第三，若实际系统为定点系统，需要 在数据表示范围与其表示精度之间进行折衷，例如浮点数η若用Fix_16_13(Fix_X_Y:有 符号数，总字长为X比特，其中小数部分为Y比特)的定点数据格式来表示，它就具有了由 于量化带来的误差约为1/213 = 0. 000122，而这个被量化后的不准确的数再与一个较大的 数多次相乘，则会使误差呈指数级的放大，从而致使得到的相位值不准确，即使sin和cos 函数本身具有浮点精度，最后得到的值也将具有较大的误差。这就给实际系统中如何快速 且高精度地产生q阶ZC序列提出了很现实的需求和较大的挑战。q阶ZC序列是LTE上行参考信号的基序列，q的取值与小区号、组跳频模式和序列 跳频模式有关，因此，q的取值将是随时可能变化的，且q的取值范围较大，同时由于ZC序 列的长度M为质数，并随着传输的RB (Resource Block,资源块)个数的变化而改变，如果在 系统中采用三角函数查表法产生ZC序列则需要存储非常大的表，造成系统资源的极大浪 费。在软件实现中，如果直接调用普通的三角函数产生库函数则会大大降低代码执行效率， 无法满足系统实时性的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LTE系统上行参考信号q阶ZC序列的生成方法及其 系统，用于解决现有技术中存在的计算三角函数速度较慢、定点化计算误差较大等问题。为了实现上述目的，本发明提供一种LTE系统上行参考信号q阶ZC序列的生成方 法，其特征在于，包括步骤一，根据资源块的个数获得ZC序列的长度；步骤二，根据所述ZC序列的长度、序列号、组号计算q值；步骤三，根据所述ZC序列的长度、所述q值采用递推法产生q阶ZC序列。所述的q阶ZC序列的生成方法，其中，所述步骤一中，进一步包括 通过查找所述资源块的个数与ZC序列的长度之间的关系表获得所述ZC序列的长
所述的q阶ZC序列的生成方法，其中，所述步骤二中，进一步包括 采用如下公式计算q值计算递推所需的初始值Χ (0) = l,f(0) = 1，/(1)=广錄，并设置!11 = 0;利用公式(1)循环递推得到f(m+l)；利用公式⑵和f(m+l)循环递推得到X(1(m+1)。为了实现上述目的，本发明提供一种LTE系统上行参考信号q阶ZC序列的生成系 统，其特征在于，包括ZC序列长度获取模块，用于根据资源块的个数获得ZC序列的长度； ZC序列q值计算模块，连接所述ZC序列长度获取模块，用于根据所述ZC序列的长 度、序列号、组号计算q值；q阶ZC序列产生模块，连接所述ZC序列长度获取模块、所述ZC序列q值计算模 块，用于根据所述ZC序列的长度、所述q值采用递推法产生q阶ZC序列。所述的q阶ZC序列的生成系统，其中，所述ZC序列长度获取模块通过查找所述资 源块的个数与ZC序列的长度之间的关系表获得所述ZC序列的长度。所述的q阶ZC序列的生成系统，其中，所述ZC序列q值计算模块采用如下公式计
算q值
广R + 1/2」+ v.(-1产」q^Nfc-(u + \)l3\其中序列号ue {0，1，...，29}，组号V e {0，1}，Λ空为ZC序列的长度。所述的q阶ZC序列的生成系统，其中，TV忍为小于所述上行参考信号的序列长度 Mf的最大质数，Mf = iVsf，n为资源块的个数，7Vsf为每个资源块中子载波的个数。所述的q阶ZC序列的生成系统，其中，所述q阶ZC序列产生模块采用如下公式递 推产生所述q阶ZC序列xq(m + l) = eJ ^
^q(m2+3m+2)―^^f^
=e勹 ^
=e
.nqmim-vX) .2πq(m+\)二^^
.2πq(m+l)=xq(m)-eJ~1^~
.2 Kqm令=贝IJ
一 .2nq{m+\)+ = .'3IWc (1)= f (m) ‘ f (1)则有xq(m+l) = xq (m) ‘ f (m+1) (2)其中 m为q阶ZC序列的索引号，0 < W S iVf -1，Xq (m)为所述q阶ZC序列的值。所述的q阶ZC序列的生成系统，其中，所述q阶ZC序列产生模块又包括序列值递推获取模块，用于采用如下递推方式获取所述q阶ZC序列计算递推所需的初始值 (0) = 1，f(0) = 1，,⑴售，并设置m = 0 ；利用公式⑴循环递推得到f(m+l)；利用公式⑵和f(m+l)循环递推得到Xq (m+1)。与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于本发明给出一种q阶ZC序列的生成方法，该方法可以很好地应用在实际系统中， 便于DSP和FPGA实现，极大地节约了系统资源，且具有较高的精度。本发明使用递推法实现ZC序列的生成，避免了直接利用公式计算相位时的多次 乘除运算。对于数据位宽一定的定点系统而言，需要在数值表示范围与其表示精度之间进 行折衷。本发明中，每一步的递推结果都严格控制在[-1，1]之间，精度损失较小，同时避免 了直接计算相位时既要保证数据表示精度又要满足数值表示范围的限制。对于软件实现而言，递推法避免了多次计算三角函数的问题。软件实现中，三角函 数的产生需要调用数学函数库，而三角函数的计算需要消耗较长时间，不利于满足系统实 时性的要求。本发明中的递推算法只需要对初值进行一次计算，极大的节约了运算时间。对于硬件实现而言，避免了直接计算相位时的多次较大整数乘法，节省了乘法器 的位宽，有助于节约系统硬件逻辑资源。
图1是本发明的q阶ZC序列生成方法的流程图；图2是本发明的q阶ZC序列递推法详细流程图；图3是使用本发明的定点化模型与浮点模型之间的误差曲线；图4是本发明的q阶ZC序列生成的系统结构图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。如图1所示，是本发明的q阶ZC序列生成方法的流程图。该流程描述了一种LTE 系统上行参考序列的生成方法。在该流程中，使用递推法实现参考信号基序列的生成，根据协议211的规定q阶ZC 序列的生成公式为
_ .nqm{m-vX)xq{m) = e1 n^ ,0<m<N^(,
8
q的取值公式为q = Nfc-{U+ 1)/31其中，A^为小于参考信号的序列长度Mf的最大质数；Mf =^Vf，n为RB的个 数，iVf为每个RB中子载波的个数=12 ;u为序列号，范围为u e {0,1,... ,29} ^为组号， 取值为ν e {0，1}。对于组号u和序列号V，这两个参数由上层配置，是已知的参数。本发明所涉及的q阶ZC序列的快速生成方法主要包括三个步骤，如图1所示步骤101 根据RB的个数n，利用表1查得ZC序列的长度，表1为RB的个数η 与q阶ZC序列长度iV尝的关系表，可事先计算好并存储起来，如下表1所示表 1
q ^+ 1/2\ + v-(-Ij-2q^
(2)
根据上表1，即可根据当前RB的个数得到对应的ZC序列长度。步骤102 根据序列号u(u e {0，1，···，29})、组号v(v e {0，1})，及步骤1得到的ZC序列长度TV票计算q值，公式为
(2)步骤103 根据q阶ZC序列的生成公式，采用递推法递推得到所需的q阶ZC序列。
则有 其中m为q阶ZC序列的索引号，
, xq(m)为所述q阶ZC序列的值。如图2所示，是本发明的q阶ZC序列递推法详细流程图。该图所示的递推法详细 流程图，可以通过以下五步递推得到所需的序列值。
.Inq步骤201，计算递推所需的初始值Χ (0) = l,f(0) = ι，/ω = β_^Ι，并设置循环 索引号m = 0;步骤202，进行循环判断，判断0 <m< Nfc-I，若是，则进入步骤203 ；否则表明循
环结束；步骤203，利用上一次循环的值f(m)递推得到当前f (m+1)的值，即利用公式(3) 循环递推得到f(m+l)的值，并存储当前值；步骤204，利用上一次循环的值Xq(Hi)和f(m+l)递推得到当前值χ, (m+1)，即利用 公式(4)和步骤203递推得到的结果f (m+1)循环递推得到χ,(m+1)的值，并存储当前值；步骤205，将循环索引号m+1，进入步骤202。如图4所示，是本发明的q阶ZC序列生成的系统结构图。该系统40包括
ZC序列长度获取模块41，用于根据RB的个数获得ZC序列的长度；ZC序列q值计算模块42，连接ZC序列长度获取模块41，用于根据ZC序列的长度、 序列号、组号计算q值；q阶ZC序列产生模块43，连接ZC序列长度获取模块41、ZC序列q值计算模块42， 用于根据ZC序列的长度、q值采用递推法产生q阶ZC序列。进一步地，ZC序列长度获取模块41通过查找RB的个数与ZC序列的长度之间的 关系表获得ZC序列的长度。进一步地，ZC序列q值计算模块42采用如下公式计算q值q = Nfc-(u + \)/3l(2)其中U为序列号，范围为U e {0,1,... ,29} ^为组号，Ve {0，1}。为ZC序列的长度。Λ◎为小于上行参考信号的序列长度Mf的最大质数，Mf，n为资源块的 个数，A^f为每个资源块中子载波的个数。进一步地，q阶ZC序列产生模块43采用如下q阶ZC序列的生成公式递推产生q 阶ZC序列
^g(m+\)(m+2)xq(m + l) = eJ 碟
^q(m2+3m+2) [隱]=婚
^q[m(m+\)+2(m+\)] ^qm(m+l) .2nq{m-\-\)=xq(m)-eJ^~
.2 Ttqm令/(—= ^<，则
.2π ( η+1)f{m + \) = eJ~^~
.Inqm. 2nq^jWc ⑴= f (m) ‘ f(1)则有xq(m+l) = xq (m) ‘ f (m+1) (4)其中m为q阶ZC序列的索引号，0 S m < Λ《-1，xq (m)为q阶ZC序列的值。进一步地， q阶ZC序列产生模块43又包括
序列值递推获取模块431，用于采用如下递推方式获取q阶ZC序列
-片
.2邛 —/——-4-计算递推所需的初始值Χ (0) = l,f(0) =1，f(i) = e难，并设置m = 0;利用公式(3)循环递推得到f(m+l)；利用公式(4)和f(m+l)循环递推得到X(1(m+1)。本发明使用递推法实现ZC序列的生成，避免了直接利用公式计算相位 -J时的多次乘除运算。对于数据位宽一定的定点系统而言，需要在数据表示范
ivZC
围与其表示精度之间进行折衷。如果直接计算ZC序列的相位值，需要较高的精度才能得到 准确的序列值，即-7 工 结果的小数位数需要足够多。而qm(m+l)和^^是绝对值较
ZCZC
大的整数，随着m的增大，数据的范围呈m2增长，此时要保证数据表示范围就必须以牺牲数
^qm(m+\)
据表示精度为代价。本发明使用递推法产生zc序列的值，=可见，递推算
法中每一步的结果范围都在[-1，1]之间，这就避免了数据表示精度和表示范围之间的矛 盾，能够保持较高的精度。例如，对于32位的定点化系统，使用Fix_32_30格式表示Xq(Hi)，RB个数为η = 110，序列号u = 2，组号V = 0，通过数值仿真比对定点模型与浮点模型的误差，误差的信噪 比为_80dB，误差曲线如图3所示，误差曲线为定点模型与浮点模型误差模值的平方。对于硬件实现而言，避免了 qm(m+l)就意味着节省了乘法器的位宽，有助于节约 系统硬件逻辑资源。对于软件实现而言，利用递推法避免了直接计算中多次计算eos( ^rs勹和
ZC
sin( 二 RS )，软件实现中，三角函数的产生需要调用数学函数库，而三角函数的计算
ZC
需要消耗较长时间，不利于系统实现实时性的要求。本发明中的递推算法只需要对数值
/⑴== cos(^) - j sind)进行一次计算即可，极大的节约了运算时间。 Nzc^zc本发明通过产生ZC序列长度查找表，避免了计算最大质数的较长运算时间问题； 巧妙利用相位特性递推产生ZC序列，避免了直接计算相位时幅度大、精度大的乘除法，在 定点化实现中有重要意义；采用递推法实现ZC序列的产生，避免了用公式直接产生ZC序列 时软件多次计算三角函数带来的运算时间较长的问题。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
1权利要求
一种LTE系统上行参考信号q阶ZC序列的生成方法，其特征在于，包括步骤一，根据资源块的个数获得ZC序列的长度；步骤二，根据所述ZC序列的长度、序列号、组号计算q值；步骤三，根据所述ZC序列的长度、所述q值采用递推法产生q阶ZC序列。
2.根据权利要求1所述的q阶ZC序列的生成方法，其特征在于，所述步骤一中，进一步 包括通过查找所述资源块的个数与ZC序列的长度之间的关系表获得所述ZC序列的长度。
3.根据权利要求1或2所述的q阶ZC序列的生成方法，其特征在于，所述步骤二中，进 一步包括采用如下公式计算q值 其中序列号ue {0，1，...，29}，组号ν e {0，1}，斤尝为ZC序列的长度。
4.根据权利要求3所述的q阶ZC序列的生成方法，其特征在于，#尝为小于所述上行 参考信号的序列长度Mf的最大质数，M=，η为资源块的个数，iVf为每个资源块中 子载波的个数。
5.根据权利要求1、2或4所述的q阶ZC序列的生成方法，其特征在于，所述步骤三中， 进一步包括采用如下公式递推产生所述q阶ZC序列 则有 其中m为q阶ZC序列的索引号，0 < m<Nfc-\, xq(m)为所述q阶ZC序列的值。
6.根据权利要求5所述的q阶ZC序列的生成方法，其特征在于，所述步骤三中，递推产 生所述q阶ZC序列的步骤包括计算递推所需的初始值= Lf(O) =1，/(1) = /7_^"，并设置111 = 0;利用公式(1)循环递推得到f (m+1)； 利用公式(2)和f(m+l)循环递推得到Xq (m+1)。
7.—种LTE系统上行参考信号q阶ZC序列的生成系统，其特征在于，包括 ZC序列长度获取模块，用于根据资源块的个数获得ZC序列的长度；ZC序列q值计算模块，连接所述ZC序列长度获取模块，用于根据所述ZC序列的长度、 序列号、组号计算q值；q阶ZC序列产生模块，连接所述ZC序列长度获取模块、所述ZC序列q值计算模块，用 于根据所述ZC序列的长度、所述q值采用递推法产生q阶ZC序列。
8.根据权利要求7所述的q阶ZC序列的生成系统，其特征在于，所述ZC序列长度获取 模块通过查找所述资源块的个数与ZC序列的长度之间的关系表获得所述ZC序列的长度。
9.根据权利要求7或8所述的q阶ZC序列的生成系统，其特征在于，所述ZC序列q值 计算模块采用如下公式计算q值 其中序列号ue {0，1，...，29}，组号ν e {0，1}，Λ空为ZC序列的长度。
10.根据权利要求9所述的q阶ZC序列的生成系统，其特征在于，TV尝为小于所述上行 参考信号的序列长度Mf的最大质数，Mf，η为资源块的个数，TVf为每个资源块中 子载波的个数。
11.根据权利要求7、8或10所述的q阶ZC序列的生成系统，其特征在于，所述q阶ZC 序列产生模块采用如下公式递推产生所述q阶ZC序列mrsxq(m + \) = e Nzc^q(m2 +3m+2) ~J ^Nfc=e~y nE=e.2πq(m+\)=xq [m). e zc =f(m) · f(l) 则有 其中m为q阶ZC序列的索引号，0 S m< Nfc-\, xq(m)为所述q阶ZC序列的值。
12.根据权利要求11所述的q阶ZC序列的生成系统，其特征在于，所述q阶ZC序列产 生模块又包括序列值递推获取模块，用于采用如下递推方式获取所述q阶ZC序列计算递推所需的初始值A(O) = 1，f (0) = l，/co = e"鐘，并设置m = 0 ；利用公式(1)循环递推得到f (m+1)； 利用公式(2)和f(m+l)循环递推得到Xq (m+1)。
全文摘要
本发明是关于一种LTE上行参考信号q阶ZC序列的生成方法及其系统，该方法包括步骤一，根据资源块个数获得ZC序列的长度；步骤二，根据所述ZC序列的长度、序列号、组号计算q值；步骤三，采用递推法产生q阶ZC序列。本发明通过产生ZC序列长度查找表，避免了计算最大质数的较长运算时间问题；巧妙利用相位特性递推产生ZC序列，避免了直接计算相位时幅度大、精度差的乘除法，在实际定点化实现中具有重要意义；采用所提递推算法产生ZC序列，避免了用公式直接产生ZC序列时多次计算三角函数带来的运算时间较长的问题。
文档编号H04L27/26GK101917356SQ201010233968
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月19日 优先权日2010年7月19日
发明者周恩, 崔瑱, 王剑, 王秋菊, 石晶林 申请人:中国科学院计算技术研究所