一种使用单天线解双天线空分复用的硬判决方法与流程
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种使用单天线解双天线空分复用的硬判决方法。
背景技术：
lte(longtermevolution)作为第四代移动通信技术，其商业应用已经非常成熟和广泛。lte的关键技术之一就是多输入多输出(multiinputmultioutput,mimo)天线技术。在lte协议r10版本中，其mimo的传输模式(transmissionmode,tm)一共有9种，其中tm3为双天线空分复用模式，即提供较大吞吐量的mimo链接，并同时兼顾了稳定性。
对于tm3模式下lte双天线空分复用的编码流程如图1所示。首先将两个编码后的码字数据，通过加扰模块各自进行加扰，然后根据需要调制的阶数，主要是qpsk(quadraturephaseshiftkeying)、16qam(quadratureamplitudemodulation)或64qam调制，各自进行星座图的调制和映射，形成各自的调制的符号，然后将调制好的符号进行层映射、预编码、re映射之后，进行逆傅里叶变换(ifft)运算将频域信号转换到时域，并分别在两个天线端口上进行发射。
从上述的发送端流程可以看出tm3模式下的双天线数据，每根天线负责一路码字数据的发射，两根天线发射的数据是完全不同的，正常情况下，需要根据协议规定的发送流程，相应的设计具有两个接收链路的接收机用于tm3空分复用的解码。
根据发送端数据编码的流程，接收端接收到的信号可以写成如下
式：
y＝h*w*d*u*x(1)
其中w为预编码矩阵，d(i)和u用于对不同天线端口的数据加入循环延迟，其各值如下式：
式(1)中h为信道估计矩阵，该矩阵包含了4个信道估计值，分别是hrx0,tx0、hrx0,tx1、hrx1,tx0和hrx1,tx1，这四个值分别代表了接收天线rx0对发送天线tx0的信道估计、接收天线rx0对发送天线tx1的信道估计、接收天线rx1对发送天线tx0的信道估计，以及接收天线rx1对发送天线tx1的信道估计。
最后将h、w、d(i)、u、y带入式(1)，并进行整理得：
根据该公式就可以求解得到经过双天线发射的空分复用的两个天线各自发射的符号序列xtx0(i)和xtx1(i)，此时得到的符号数据是发射端经过调制映射产生的星座数据，对该数据进行解调后即可进行turbo译码。
根据公式(3)可以看出，采用传统的办法对传输模式3的双天线空分复用数据进行解码，需要2根接收天线的接收数据yrx0(i)和yrx1(i)，和各接收数据对各发射天线的信道估计hrx0,tx0、hrx0,tx1、hrx1,tx0和hrx1,tx1值，由此可知如果采用单天线或单接收链路的软件无线电接收机系统，则无法采用传统的方法对lte双天线空分复用数据进行解码。
目前，很多已有的软件无线电设备采用了单接收链路设计，如果使用上述双天线接收解码lte空分复用的原理，对于单接收链路的接收机是无法实现的，且如果设计和制造用于解码双天线空分复用系统的时候，就必须设计成双接收链路，这样增加了设计难度和设计成本。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种使用单天线解双天线空分复用的硬判决方法，以解决单接收链路无法解码双天线空分复用的问题，且单接收链路可以有效降低设计复杂度，降低设备成本。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种使用单天线解双天线空分复用的硬判决方法，所述的硬判决方法包括：
lte下行数据获取步骤，获取空口数据，通过前端接收机在信号所在频率对数据进行采样滤波，得到待处理的单天线接收的lte下行数据；
信道估计步骤，使用单天线接收数据根据两个发射端口的crs对两个发射天线tx0和tx1进行信道估计,信道估计值分别是htx0和htx1，分别代表接收天线rx对发送天线tx0的信道估计、接收天线rx对发送天线tx1的信道估计；
参考星座图生成步骤，根据单天线接收数据和两个发射端口的信道估计生成用于单天线解双天线空分复用数据的参考星座图；
待解调lte数据分离步骤，将lte下行数据根据小区配置和资源分配情况，分离出待解调的lte数据；
硬比特生成步骤，将所述的分离出待解调的lte数据输入所述的参考星座图生成步骤生成的参考星座图，判定参考星座图中参考星座点距离待解调数据的最近距离，从而得到待解码的硬比特数据；
turbo译码步骤，将生成的硬比特数据送入turbo译码器进行译码，最后得到所需的编码比特。
进一步地，所述的信道估计步骤中信道估计值htx0和htx1的计算，依据crs为lte协议中发送端和接收端彼此约定好的已知信号序列，根据信道传输模型可以推出h为：
h＝(y-n)*x-1
由于x已知，即crs信号序列已知，y为接收端数据已知，n为噪声，通过噪声估计消除或者近似忽略，根据上式求解各个接收天线相对各个发射天线的信道估计。
进一步地，按照事先约定的crs资源映射的方式，从天线的接收端提取两根发射天线的crs信号序列，发射天线tx0和发射天线tx1的crs信号是交叉分布在lte的时频资源上互不影响，在各接收天线进行信道估计的时候分别按照抽取到的相应的crs数据进行信道估计，即用接收天线rx的数据对tx0的crs信号序列进行信道估计，即计算得到htx0，用接收天线rx的数据对tx1的crs信号序列进行信道估计，即计算得到htx1。
进一步地，所述的参考星座图生成步骤中，由于只有一根接收天线，接收信号的公式写成：
上式中htx0和htx1分别为接收数据y(i)对发射天线tx0和发射天线tx1根据各自的crs信号序列进行的信道估计值，而xtx0(i)和xtx1(i)未知，将xtx0(i)和xtx1(i)看成一个未知数，xtx0(i)和xtx1(i)在进行发射的时候是将两个发射天线的各自的比特信息按照编码规则映射到调制星座图上。
进一步地，当调制采用qpsk时，待求解的未知数无论是xtx0(i)还是xtx1(i)在进行星座调制的时候各自都要按照各自的比特流分别映射到qpsk调制星座图的4个星座点上，每个点都被一个复数am，m＝0,1,2,3表示，将这些复数带入公式：
用qpsk标准星座点a0～a3的复数值和两条发射天线的信道估计htx1、htx0生成的a0～a15作为参考星座点，每个参考星座点都是由xtx0(i)和xtx1(i)经过各自的信道传播后落入新的空间，整个过程近似看成一个坐标变换过程，把两个未知数xtx0(i)和xtx1(i)的qpsk求解，合并看成1个拥有4比特调制的16qam未知数来求解。
进一步地，所述的硬比特生成步骤具体如下：
将所述的参考星座图生成步骤中生成的参考星座图作为在特定信道估计下理想接收点的位置，将实际接收信号和理想接收信号进行距离判定，距离最近的参考星座点所对应的二进制数据即为待译码比特数据，判定参考星座图中参考星座点距离待解调数据的最近距离，从而得到待解码的硬比特数据。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明解决了单天线解双天线空分复用的问题，为单天线单链路设备解双天线空分复用数据提供了方法。本发明所设计的硬判决方法简单有效、计算量少，在不增加硬件成本的情况下可以达到解双天线空分复用数据的目的。
附图说明
图1是lte中tm3双天线传输过程示意图；
图2是本方法对于lte中2x2mimotm3信道估计关系图；
图3是双天线下crs在lte资源栅格上的位置图；
图4是qpsk调制星座图；
图5是16qam调制星座图；
图6是单天线解双天线空分复用的硬判决原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例公开了一种使用单天线解双天线空分复用的硬判决方法，具体包括：
s1、信道估计步骤；
s2、参考星座图生成步骤；
s3、硬比特生成步骤；
s4、turbo译码步骤。
信道估计步骤，使用单天线接收数据根据两个发射端口的crs对两个发射天线进行信道估计,信道估计值分别是htx0和htx1，分别代表了接收天线rx对发送天线tx0的信道估计、接收天线rx对发送天线tx1的信道估计，其信道估计关系如图2所示。
这2个信道估计值htx0和htx1，都是由lte的小区参考信号(cellreferencesignal,crs)计算得到的。对于tm3，lte协议中给出了两个不同天线端口的crs参考信号在lte资源栅格上时域和频域位置，如图3所示。
对于信道估计的计算，依据crs为lte协议中发送端和接收端彼此约定好的已知信号序列，根据信道传输模型可以推出h为：
h＝(y-n)*x-1(4)
由于x已知，即crs序列已知，y为接收端数据已知，n为噪声，可以通过噪声估计消除或者近似忽略，因此可以根据式(4)求解各个接收天线相对各个发射天线的信道估计。
可以按照图3crs资源映射的方式，从天线的接收端提取两根发射天线的crs信号，发射天线tx0和发射天线tx1的crs信号是交叉分布在lte的时频资源上互不影响，因此各接收天线进行信道估计的时候分别按照抽取到的相应的crs数据进行信道估计，即用接收天线rx的数据对tx0的crs信号进行信道估计，即计算得到htx0，用接收天线rx的数据对tx1的crs信号进行信道估计，即计算得到htx1。
参考星座图生成步骤，根据单天线接收数据和两个发射端口的信道估计生成当前数据的参考星座图。
由于只有一根接收天线，接收信号的公式可以写成：
式(5)中htx0和htx1分别为接收数据y(i)对发射天线tx0和发射天线tx1根据各自的crs进行的信道估计值。而xtx0(i)和xtx1(i)未知，正常情况下，是不能解到两个未知数的。为了达到解调的目的，这时将xtx0(i)和xtx1(i)看成一个未知数。
xtx0(i)和xtx1(i)在进行发射的时候其实就是两个发射天线的各自的比特信息按照编码规则映射到调制星座图上。以qpsk为例，qpsk的星座点如图5。
待求解的未知数无论是xtx0(i)还是xtx1(i)在进行星座调制的时候各自都要按照各自的比特流分别映射到图5上4个星座点上，每个点都被一个复数am，m＝0,1,2,3表示，将这些复数带入式(5)，得到16个点的组合如表1所给：
表1.双天线空分复用qpsk参考星座点
在表中用qpsk标准星座点a0～a3的复数值和两条发射天线的信道估计htx1、htx0生成的a0～a15作为参考星座点，每个参考星座点都是由xtx0(i)和xtx1(i)经过各自的信道传播后落入新的空间，整个过程近似看成一个坐标变换过程，把两个未知数xtx0(i)和xtx1(i)的qpsk求解，合并看成1个拥有4比特调制的“16qam”未知数来求解。即把双流qpsk调制，转换成单流16qam调制求解。
硬比特生成步骤，根据当前接收数据和当前数据生成的参考星座图计算用于turbo译码的硬比特数据。依然以双天线的qpsk空分复用解调为例，生成的参考星座图，相当于在特定信道估计下理想接收点的位置，将实际接收信号和理想接收信号进行距离判定，距离最近的参考星座点所对应的二进制数据即为待译码比特数据，这些二进制数据对应关系如表1所示。
turbo译码步骤，将生成的硬比特译码送入turbo译码器进行译码，最后得到所需的编码比特。
实施例二
本实施例公开了一种使用单天线解双天线空分复用的硬判决方法，如图6所示，具体包括：
步骤t1、获取空口数据，通过前端接收机在信号所在频率对数据进行采样滤波，得到待处理的单天线接收的lte下行数据。
步骤t2和步骤t3、在接收到的lte下行数据中按照tx端口0和tx端口1各自特定的rb和符号位置抽取用于对两个发射天线tx0和tx1信道估计的crs信号。
步骤t4和步骤t5、信道估计步骤，使用单天线接收数据根据两个发射端口的crs对两个发射天线进行信道。
步骤t7是参考星座图生成步骤，根据步骤t4和步骤t5生成的信道估计以及当前调制方式的理想星座图如图4qpsk的星座点，生成用于单天线解双天线空分复用的参考星座图。
步骤t6将步骤t1获取的下行数据根据小区配置和资源分配情况，分离出待解调的lte的数据。
步骤t8通过输入步骤t7生成的参考星座图，以及步骤t6分离出来的待解调数据，判定参考星座图中参考星座点距离与待解调数据的最近距离，从而得到待解码的硬比特数据。。
步骤t9turbo译码，对步骤t8生成的硬比特进行turbo译码从而得到硬比特数据。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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