针对无线电基站的复值ofdm数据压缩和解压缩的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及数据的压缩和解压缩领域。更具体地，本发明涉及针对无线电 基站的复值正交频分复用（OFDM)数据的压缩和解压缩。
【背景技术】
[0002] 在典型的无线电基站（RBS)中，数字化的和串行内部接口可以建立RBS的无线电 设备控制（REC)与无线电设备（RE)之间的连接。这样的接口在针对通用公共无线电接口 (CPRI)的规范中详述，可参见http://www.cpri.info/spec.html。针对支持通用移动电信 标准、长期演进/长期演进升级版（UMTSLTE/LTE-A)的RBS系统，复值时域OFDM信号典型 地通过CPRI在RBS的远程无线电单元（RRU)与基带单元（BBU)之间传输。在CPRI的用户 平面信息中，同相（I)和正交（Q)调制的数据（即每个复值样本具有的I和Q分量的数字 基带信号）可以由I/Q数据来表示。
[0003] 随着对RBS的RRU与BBU之间最大数据速率（以及eNB之间回程的数据速率）的 要求的提高（例如在OFDM中由于增加的射频（RF)带宽、每个扇区的增加的载波数量、多 天线技术（例如多输入多输出-MIM0)、协作多点（CoMP)、RRU的级联和多跳技术等等），在 CPRI实现（例如CPRI端口数量、光纤模块的速度和成本、以及串行化器/解串行化器单元 (SerDes)的操作速度）上提出了针对加快CPRI行比特率的越来越高的要求。
[0004] 典型的CPRI实现包括收发器模块，所述收发器模块是位于光学链路两端（RRU和 BBU)的硬件单元。如上所述，提高的BBU-RRU连接性要求对光学收发器模块的速度和容 量提出了挑战。为了满足针对内部RBS接口的聚合数据速率的这些提高的要求，可以增加 CPRI行比特率和/或可以增加针对RRU和BBU连接分配的CPRI端口数量。另一种可能是， 例如通过使用更少的比特表示每个样本来压缩将要在CPRI上传输的数据。
[0005] 因此，需要减少数据量的方法和装置，特别是用于在CPRI上传输的的复值OFDM数 据的数据量。各种技术可以减少CPRI接口上的负担，其中包括时域方案（例如减小样本速 率、通过截断来减小样本比特长度）以及变换域方案（例如频率域中的子载波压缩）。
[0006] 在其它技术领域中数据速率也可以是限制因素，所述技术领域包括数据传输，例 如，如卫星通信和遥感。与这样的技术领域有关，针对I/Q基带数据的一些压缩算法及其 实现是已知的，并且可以大体上分为三种类型（标量压缩、矢量压缩和变换域压缩）。标 量压缩的示例可以在以下文献中找到："Blockfloatingpointforradardata"by E.Christensen，IEEEtransactionsonAerospaceandElectronicSystems，vol. 35， no.IJanuary1999，pp. 308-318,以及"BlockAdaptiveQuantizationofMagellanSAR Data"byR.Kwok，W.Johnson，IEEEtransactionsonGeoscienceandRemoteSensing， vol. 27,no. 4,July1989,pp.375_383〇
[0007] 针对定点和浮点均匀量化表示的信号与量化饱和噪声比在以下文献中分析地表 达："Blockfloatingpointforradardata^byE.Christensen，IEEEtransactionson AerospaceandElectronicSystems，vol. 35,no. 1，January1999,pp. 308_318〇
[0008] 块浮点量化（BFPQ)可以被认为是浮点表示的特殊情况，或者被认为是定点与浮 点表示之间的权衡。
[0009] 在典型的量化方法中，L个连续样本的块被分配有共享缩放因子，所述因子与块中 样本中的最大幅度相对应，BP
[0010] [x0, . . . , xL J = [m0, . . . , mL=x
[0011]
[0012] 其中，块的每个尾数的范围是在区间Im1IG[0 ;2S]中，I= 0，1，...，L_1，整数S 是用于防止溢出的缩放因子，以及表示将标量值向下舍入为其最接近的整数的向下取整 运算。
[0013] 在BFPQ中，样本的每个块分别量化为块浮点表示，并且共享块指数EXP针对每个 块中所有的样本仅表示一次。如果尾数Im1I的幅度以个比特表示并且块指数EXP以bEXP 个比特表示，那么平均而言每个缩放的样本由（l+bJ+bEXP/L个比特表示。
[0014] 由于信号功率波动，k和bEXP对于每个块可以是不同的。因此，每个样本的平均比 特长度从块到块变化，因而将波动引入到瞬时产生的数据速率中，这进而可以导致定时和 帧同步的困难。多天线应用中的天线路径之间也可以存在数据率波动，这可能导致对天线 之间的时间对齐的不利影响。
[0015] 用于降低CPRI要求的很多已知技术受到一种或多种缺点的不利影响，例如，如高 复杂度、信令开销、实时实现困难、延迟问题、信息失真、动态范围限制、以及难以控制传输 数据率。
[0016] 因此，需要减小数据量的备选解决方案，特别是用于在CPRI上传输的复值OFDM数 据的数据量。更具体地，需要压缩/解压缩复值OFDM数据的方法和装置。
【发明内容】
[0017] 应当强调的是，术语"包括"当在本说明书中使用时用来指所述特征、要件、步骤、 组成部分的存在，但不排除一个或多个其它特征、要件、步骤、组成部分或它们的组合的存 在或增加。
[0018] -些实施例的目的是消除至少一些上述缺点，并且提供用于复值OFDM数据的压 缩/解压缩的方法和装置。一些实施例提供复值样本的同相样本值表示和正交样本值表示 的比特长度（例如分辨率）的压缩/解压缩。
[0019] 根据第一方面，这是通过压缩方法来实现的，所述压缩方法包括：接收包括多个复 值数据样本的时域复值正交频分复用（OFDM)数据块，其中每个复值数据样本包括同相样 本值和正交样本值，同相样本值和正交样本值中的每一个由第一数量M的比特表示。
[0020] 所述方法包括：针对每个复值数据样本，确定同相样本值和正交样本值中的每一 个的绝对样本值；计算时域复值OFDM数据块的绝对样本值的平均值以产生平均绝对样本 值；以及基于映射函数将平均绝对样本值映射到与绝对样本值相关联的标准偏差值。
[0021] 映射函数将平均绝对样本值表示为第一函数减去第二函数，其中第一函数是比特 的第一数量的函数，并且第二函数是2(M 项的和，其中每项包括标准偏差的函数。
[0022] 所述方法还包括：（针对每个复值数据样本）使用以标准偏差值缩放的多个量化 阈值对同相样本值和正交样本值中的每一个进行量化，以产生量化的同相和正交样本值表 示，量化的同相和正交样本值表示中的每一个包括第二数量的比特，其中第二数量的比特 少于第一数量的比特。
[0023] 根据所述方法，将标准偏差值与量化的同相和正交样本值表不映射到OFDM传输 帧。
[0024] OFDM传输帧可以例如是CPRI基本帧或回程通信传输帧。
[0025] 通过将中心极限定理应用到同相和正交样本值，标准偏差值可以与绝对样本值相 关联。因此，随着同相和正交样本值的数量增加，它们的分布接近于具有零均值和与所述标 准偏差值相对应的标准偏差的高斯分布。
[0026] 从平均绝对样本值到标准偏差值的映射可以包括使用平均绝对样本值来寻址实 现映射函数的查找表。
[0027] 备选地，从平均绝对样本值到标准偏差值的映射可以包括基于平均绝对样本值和 映射函数来计算标准偏差值。
[0028] 量化阈值可以是非均匀量化的级别。根据一些实施例，量化阈值可以基于同相和 正交样本值与量化的同相和正交样本值表示之间的最小均方误差，其中同相和正交样本值 具有高斯分布，所述高斯分布具有标准偏差值和零均值。量化阈值可以例如包括Lloyd-Max 量化阈值。
[0029] 根据一些实施例，可以根据所述方法对多个时域复值OFDM数据块进行处理，其中 相应的量化的同相和正交样本值表不映射到相同OFDM传输帧。
[0030] 在这样的实施例中，多个数据块中的每个数据块可以与相应的标准偏差值相关 联，其中相应的标准偏差值映射到相同OFDM传输帧。
[0031] 备选地，多个数据块可以与相同标准偏差值相关联，所述相同标准偏差值映射到 OFDM传输帧。在这些实施例中，方法包括：计算时域复值OFDM数据块的绝对样本值在多个 数据块上的平均值，以产生平均绝对样本值。
[0032] 在一些实施例中，所述方法还包括：在传输介质上传输OFDM传输帧。传输介质可 以例如包括通用公共无线接口（CPRI)。
[0033] 映射函数例如可以是：
[0035] 其中，。表示标准偏差值，表示平均绝对样本值。函数erf(.)是误差函数，并 且定义为：
[0037] 在一些实施例中，时域复值OFDM数据块可以包括在第一数据流中，所述第一数据 流具有可变的第一数据率，并且OFDM传输帧可以包括在第二数据流中，所述第二数据流具 有固定的第二数据率。在这样的实施例中，所述方法还包括：基于第一和第二数据率来选择 量化阈值的数量。因此，无论输入数据率（第一数据率）如何，所述量化可以适于（就量化 阈值的数量而言，并且还可能就量化阈值分布而言）保持传输数据率（第二数据率）恒定。
[0038] 第二方面是解压缩方法，所述解压缩方法包括：接收OFDM传输帧，所述OFDM传输 帧包括标准偏差值和多个量化的同相和正交样本值表不，所述量化的同相和正交样本值表 示中的每一个包括第二数量的比特；提取标准偏差值；以及提取量化的样本值表示。
[0039] 所述方法还包括：（针对量化的同相和正交样本值表示中的每一个）将量化的同 相或正交样本值表示映射到以标准偏差值缩放的重构级别以产生重构的同相或正交样本 值，所述重构的同相或正交样本值由第三数量的比特来表示，其中第二数量的比特少于第 三数量的比特；以及将多个重构的同相和正交样本值组合成重构的时域复值OFDM数据块。
[0040] 在一些实施例中，接收的OFDM传输帧可以是根据第一方面的OFDM传输帧。根据 这些实施例，第三数量的比特可以等于或不等于第一数量的比特。
[0041] 所述方法还包括：以标准偏差值来缩放多个重构级别。重构级别可以对应于第一 方面的量化阈值。例如，重构级别可以表示第一方面的两个相邻量化阈值之间的重构的样 本值。
[0042] 第三方面是压缩器，所述压缩器包括：输入端口、绝对值确定器、平均值计算器、统 计映射器、量化器和信号映射器。
[0043] 输入端口适于接收时域复值OFDM数据块，所述时域复值OFDM数据块包括多个复 值数据样本，其中每个复值数据样本包括同相样本值和正交样本值，所述同相样本值和正 交样本值中的每一个由第一数量M的比特来表示。
[0044] 绝对值确定器适于针对每个复值数据样本，确定同相样本值和正交样本值中的每 一个的绝对样本值，并且平均值计算器适于计算时域复值OFDM数据块的绝对样本值的平 均值，以产生平均绝对样本值。