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独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：艮同年夺一 本人承担一切相关责任。 同期： 丝 ! ：芝：! 至 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规 定，即：研究生在校攻读学位期f l i j 论文工作的知识产权单位属北京邮电大 学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可 以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学 位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：叁盛l 掏 r 期： 玉q 立：! 导师签名：_ = 考鸯卜群同期：一 北京邮电人学硕十学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 摘要 随着用户对各种多媒体业务需求的增加，3 g p p 提出了长期演进 系统( l o n gt e r me v o l u t i o n ，l t e ) 。l t e 系统旨在提高数据传输速率， 降低系统时延，增大系统容量和覆盖范围，同时降低运营成本。 l t e 最重要的改进在于采用全新空中接口技术，而准确的噪声方差 估计是进行最小均方误差( m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r , m m s e ) 均衡 和软解调的基础，是保证l t e 系统传输质量，发挥其优越性的关 键。因此本文重点围绕l t e 系统噪声方差估计技术展开研究。 本文工作主要包含以下三个方面的内容。首先研究了六种经典 的噪声方差估计算法。包括m 2 m 4 估计方法、b o u m a r d 方法、最大 似然算法、最小均方误差算法、频域噪声方差估计算法和时域噪声 方差估计算法。并对各种算法进行分析比较，结合l t e 系统要求， 综合考虑算法计算的复杂度，算法所需硬件资源以及算法引入的时 延等因素，选择了时域噪声方差估计算法。 然后对时域噪声方差估计算法进行计算机仿真，并给出了系统 仿真性能曲线。仿真表明，时域噪声方差估计性能接近于理想噪声 方差估计的性能。 最后，本文从实现的角度介绍了l t e 上行噪声方差估计模块的 实现流程，算法实现的d s p 平台，并重点介绍了噪声方差中i d f t 子模块的硬件实现方法。 关键词：l t e 信道估计噪声方差估计i d f t l t e 中噪声方著估计算法研究及多核d s p 实现 北京邮电人学硕十学位论文 l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 r e s e a r c ho fn o i s ev a r i a n c ee s t i n i a t i o n a l g o r i t h mo fi j es y st e ma n dt h er e a l i z a t i o n o nm u i j i c o r ed s p a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s eo fd e m a n do nt h em u l t i m e d i as e r v i c e s ，3g p ph a s p r o p o s e di t sl o n gt e r me v o l u t i o n ( l t e ) s y s t e m t h ef u n d a m e n t a lt a r g e t s f o rl t ec o n c e r ni n c r e a s e dd a t ar a t e s r e d u c e dl a t e n c y , i m p r o v e ds y s t e m c a p a c i t ya n dc o v e r a g ea sw c l l a sr e d u c e do p e r a t o rc o s t s t h em o s t s i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n to fl t es y s t e mi st h a ti te m p l o y sm a n yn o v e la i r - i n t e r f a c e t e c h n i q u e s a c c o r d i n g l y e x a c tn o i s ev a r i a n c e e s t i m a t i o n t e c h n o l o g y n o to n l yi st h eb a s i sf o rm m s ee q u a l i z a t i o na n ds o r d e m o d u l a t i o nb u ta l s oi st h ek e yt ot h eh i g ht r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c e a n de n s u r e st h es u p e r i o r i t yo ft h es y s t e m s ot h i st h e s i si se n g a g e di nt h e r e s e a r c ho nt h en o i s ev a r i a n c ee s t i m a t i o nt e c h n o l o g yf o rl t e t h i sw o r km a i n l yc o n t a i n st h ef o l l o w i n gt h r e ea s p e c t s f i r s t s i x c l a s s i ca l g o r i t h m so fn o i s ev a r i a n c ee s t i m a t i o na r er e s e a r c h e d i n c l u d i n g t h em 2 m 4e s t i m a t i o n a l g o r i t h m ，b o u m a r d s e s t i m a t i o n a l g o r i t h m ， m a x i m u ml i k e l i h o o da l g o r i t h m ，m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o ra l g o r i t h m ， f r e q u e n c yd o m a i nn o i s ev a r i a n c ee s t i m a t i o na l g o r i t h ma n dt i m ed o m a i n n o i s ev a r i a n c ee s t i m a t i o na l g o r i t h m a sw e l la sa n a l y s i sa n dc o m p a r i s o n o fv a r i o u sa l g o r i t h m s ，c o m b i n e dw i t hl t es y s t e mr e q u i r e m e n t s ，t a k i n g i n t oa c c o u n tf a c t o r ss u c ha sc o m p l e x i t y , h a r d w a r er e s o u r c e sn e e d e da n d l a t e n c y s e l e c tt h et i m ed o m a i nn o i s ev a r i a n c ee s t i m a t i o na l g o r i t h m s e c o n d ，t h i st h e s i sg i v e st h ep e r f o r m a n c ec u r v e so ft h et i m ed o m a i n n o i s ev a r i a n c ee s t i m a t i o na l g o r i t h m t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h e p e r f o r m a n c e s o ft i m ed o m a i nn o i s ev a r i a n c e e s t i m a t i o na l g o r i t h ma r e c l o s et ot h ei d e a ln o i s ev a r i a n c e e s t i m a t i o n k e y w o r d s ：l t e ，c h a n n e le s t i m a t i o n ，n o i s ev a r i a n c e e s t i m a t i o n i d f t 西州小 i 耋引h 锄 c ， ， e晋龇 地m 墨遍 址。 陀，眦嘞汕 舡谂b 心 a 叫 叫 一 a 面 遗嘲曲一吣 咖 叫蛔拈婶肥咖砌 l e 盯揣淼 e e p s m m t踟啪她佃嗍嘶一蚶躲甚 翼竺 ，n驯矩竺莓喜h 卵沪即儿瑚眦 a 孵i 北 墙 岭巾 北京邮电大学硕士学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 目录 第一章绪论l 1 1l t e 系统简介1 i 1 1 什么是l t e 2 1 1 2l t e 系统设计指标2 1 2 噪声方筹算法发展概况一4 1 3 论文结构与内容安排4 第二章l t e 系统上行关键技术6 2 1l t e 系统帧结构与导频6 2 1 1t d d1 9 贞结构6 2 1 2 上行参考信号设计7 2 2 上行多址技术9 2 3 上行接收关键技术1 0 2 3 1 白动增益控制l l 2 3 2 解资源映射l2 2 3 3 信道估计一1 5 2 3 4 频域均衡1 7 2 3 5 解调19 2 3 6 白适应调制编码1 2 3 1 2 1 2 4 本章总结2 3 第二章噪声方差算法及其仿真2 4 3 1m 2 m 4 噪卢方差估计方法2 4 3 2b o u m a r d 噪声方差估计方法2 5 3 3 基丁信道估计的噪卢方差算法2 7 3 3 1 基y - l s 的频域噪声方差估计2 7 3 3 2 最人似然算法2 8 3 3 3 最小均方误差算法一2 9 3 3 4 基丁l s 的时域噪声方差估计2 9 3 4 噪声方差估计算法总结3 0 北京邮电大学硕十学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 3 5 算法性能仿真3l 3 5 1 系统结构图3 l 3 5 2 噪声方差性能仿真3 2 3 5 3 链路性能仿真3 3 3 6 本章总结4 l 第四章噪声方差估计的硬件实现4 2 4 1 多核d s p 平台 1 9 l 4 2 4 2 浮点的定标4 6 4 3 噪声方差估计实现4 7 4 3 1 结构总图4 7 4 3 2 顶层接口和信号定义4 8 4 3 3i d f t 实现1 2 2 1 4 9 第五章结束语5 7 5 1 论文j i ：作总结5 7 5 2 下一步研究方向与展望5 7 致谢5 9 参考文献6 0 在读期间发表论文6 2 北京邮电人学硕十学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 第一章绪论 目前，l t e 标准已接近完成。这个标准采用o f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 、m i m o ( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ) 等先进的无线传 输技术、扁平网络结构和全i p 系统架构，支持最大2 0 m h z 的系统带宽、超过 1 0 0 m b i “s 的峰值速率和更短的传输延时，频谱效率达到3 g p pr 6 标准的3 5 倍，是一项重大的革新。l t e 一方面可以在几年内保持3 g p p 标准相对于其他 移动通信标准的持续竞争优势，另一方面也为3 g p p 标准向先进的国际移动通 信( i n t e m a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s a d v a n c e d ，i m t - a d v a n c e d ) 阶段演进 打下了略实的基础。预计在未来1 0 年内，l t e 作为最具影响力的宽带移动通信 技术标准之一，将受到业界越来越广泛的关注【。 链路自适应是提高o f d m 系统性能的关键技术之一。许多链路自适应算法 如自适应调制编码( a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ，a m c ) ，自适应功率分配都 需要信噪比( s i g n a lt on o i s er a t i o ，s n r ) 参数来确定。由信道估计和噪声方差测 量值即可计算出s n r 。因此，噪声方差的测量对于系统的性能有着重要意义。 本文对噪声方差方法进行研究，并给出其硬件多核d s p 芯片环境下的定点 算法及其实现，为l t e 接收机链路中的基带处理提供了一套可行的参考方案。 1 1l t e 系统简介 l t e 是3 g p p 在“移动通信宽带化 趋势下，为了对抗全球微波接入互操 作( w o r l di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c e s s ，w i m a x ) 等移动宽带无线接入技 术的市场挑战，在十几年超3 g 研究的技术基础上研发出的准4 g 技术。l t e 在 空中接口方面用频分多址替代了3 g p p 长期使用的码分多址作为多址技术，并 大量采用了多输入多输出技术和自适应技术提高数据率和系统性能。在网络架 构方面，l t e 取消了通用移动通信系统( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s s y s t e m ，u m t s ) 标准长期采用的无线网络控制器节点，代之以全新的扁平架 构。 北京邮电人学硕十学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 1 1 1 什么是l t e 2 0 0 4 年年底，正当人们惊讶于w i m a x 技术的迅猛崛起之时，第3 代合作 伙伴计划( 3 日g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ，3 g p p ) 也丌始了通用移动通信系统 u m t s 技术的长期演进( l o n gt e r me v o l u t i o n ，l t e ) 项卧。 第3 代( 3 g ) 移动通信技术是当前主流的无线通信技术。在诸多3 g 标准中， 又以3 g p p 制定的u m t s 技术标准最具影响力。3 g 系统正在全世界范围逐步部 署，增强型u m t s 技术。虽然移动通信系统的“宽带化”、“数据化”、“分 组化”是必然趋势，但由于3 g p p 在移动通信领域占据了既有的优势地位，因 此在其标准化演进和产业升级的时间安排和工作节奏上有自己的考虑。 一方面，从h s d p a 到h s u p a ，3 g p p 一贯推行后向兼容的稳健演进路 线。另一方面，3 g p p 的主要成员公司也在按部就班地为2 0 0 8 年丌始的i m t - a d v a n c e d 技术的标准化做准备。在高速分组接入和i m t - a d v a n c e d 之问，原本 并没有l t e 的位置，但基于o f d m 技术的w i m a x 标准的横空出世，迫使 3 g p p 的移动通信厂商不得不团结起来快速跟进，为了使3 g p p 标准相对其他无 线标准保持长期的优势，不遗余力地投入了u m t s 技术的演进版本l t e 的 标准化工作。 为了能和可以支持2 0 m h z 带宽的w i m a x 技术相抗衡，l t e 也必须将最大 系统带宽从5 m h z 扩展到2 0 m h z 。为此，3 g p p 不得不放弃长期采用的码分多 址技术，选用新的核心传输技术，即o f d m f d m a 技术。在无线接入网( r a n ) 结构层面，为了降低用户面延迟，l t e 取消了重要的网元无线网络控制器 ( r n c ) 。在整体系统架构方面，和l t e 相对应的系统框架演进( s y s t e m a r c h i t e c t u r ee v o l u t i o n ，s a e ) 项目则推出了崭新的演进型分组系统( e v o l v e d p a c k e ts y s t e m ，e p s ) 架构。 1 1 2l t e 系统设计指标 从t r2 5 9 1 3 中定义的l t e 系统的目标【2 1 ，我们可以了解到其性能，简述 如下： 2 北京邮电大学硕士学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 l 、要显著提升峰值数据率，如2 0 m 下行达到1 0 0 m b p s ，上行达到 5 0 m b p s ； 2 、要增加边缘小区的比特率； 3 、要显著提高频谱利用率，达到r 6 的2 4 倍； 4 、用户面延迟单向小于5 m s ； 5 、显著降低控制面延迟，如从驻留状态转换到激活状态的时延小于 1 0 0 m s ； 6 、带宽可配，需要支持1 4 m 、3 m 、5 m 、1 0 m 、1 5 m 、2 0 m e 3 】； 7 、能够与现有的3 g 系统和非3 g p p 系统共存； 8 、进一步增强多媒体广播组播业务； 9 、削减建设成本和包括装卸在内的维护成本； 1 0 、降低建网成本，实现从r 6 的低成本演进； 1l 、合理的系统和终端复杂度、成本和功耗； 1 2 、支持增强的i m s ( i p 多媒体子系统) 和核心网； 1 3 、要有高度的向前兼容力，但需要慎重考虑性能与增强兼容性之间的平 衡； 1 4 、有效支持各种服务，采用分组域实现，如使用v o l p ( v o i c eo v e l i p ) ； 15 、需优化系统支持低速移动，同时也要支持高速移动； 1 6 、支持成对和非成对频谱中的部署； 1 7 、支持简单的邻频共存。 在l t e 中，还规范了一些其它要求，如与配置相关的要求、e u t r a n 架 构和移植要求、无线资源管理要求、复杂性要求、成本相关要求和业务相关要 求。与其它无线接入方式相比，高频谱效率、广域覆盖和支持用户高速移动是 e u t r a n 系统的主要特点。 3 然算法、最小均方误差算法、时域噪声方差算法。并对时域噪声方差算法进行 了仿真。 4 北京邮电人学硕士学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 第四章基于多核d s p 的l t e 噪声方差估计算法实现。介绍了实际应用的 l t e 系统上行噪声方差估计的实现流程和算法d s p 实现的平台。 第五章结束语，对本论文研究工作做了总结，并对后续如何在该领域深入 研究进行了探讨。 5 北京邮电人学硕十学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 第二章l t e 系统上行关键技术 第一章从总体上介绍了l t e 系统及其性能指标。l t e 协议规定上行为s c f d m a 方式，其e n o d e b 侧接收算法由各商家自行制定。本章将从理论上介绍 l t e 上行链路接收侧的关键技术，为第三章的算法链路仿真做准备。 2 1l t e 系统帧结构与导频 当前的l t e 物理层技术研究主要针对频分双工( f d d ) 和时分7 叹i ( t d d ) 两 种双工模式。l t e 协 2 ；( 【吼分别给出f d d 、t d d 两种双工方式下的帧结构，本 课题是基t - t d d 双工方式，所以这翟仅介绍t d d 方式下的帧结构。 2 1 1t d d 帧结构 在物理层规范中，除非特殊说明，各种域的时域大小表示为时间单位正的 倍数，该时间单位定义为乃= l ( 1 5 0 0 0 x 2 0 4 8 ) s 。那么一个无线子帧的长度可以表 示为弓= 3 0 7 2 0 0 x t ，= 1 0 m s 。 i , b j 1 0 m s ，3 0 7 2 0 0 t s k 一一一一一一 0 半帧5 m s ，1 5 3 6 0 0 t k i 一。一i 一一i l 一一一l 一。一啊一 弛够 ：一r 帧o ：i 1f l b l ! j f 一- _ l l , - d w p t sg pu p p t s d w p t sg pu p p t s 图2 - 1l t e - t d d 帧结构( 5 m s 转换周期) 如图2 1 所示，每个无线帧由两个长度为5 m s 的半帧组成。每个半帧又由 8 个长度为0 5 m s 的常规时隙以及3 个特殊时隙d w p t s ，g p 和u p p t s 组成。 d w p t s ，g p 和u p p t s 总持续时间为i r e s ，各个部分均是可配的。特殊时隙长 6 ， 可 _ 帧= r 一8 帧 ，l 7 一 帧 l | 了一 一 一 5 + 贞一 li ， ， 了+ 4 | 映 一 予 3 帧 了 l 。 妣一 一 北京邮电大学硕士学位论文l t e 中噪卢方差估计算法研究及多核d s p 实现 度的配置选项如表2 - 1 所示。除了子帧l 和子帧6 以外，一个子帧包括两个相 邻的时隙，子帧l 和子帧6 包含d w p t s ，g p 和u p p t s ，支持5 m s 周期和 1 0 m s 周期的切换点周期。 表2 - 1d w p t s g p u p p t s 的长度 配置普通c p扩展c p 选项 d w p t sg p u p p t s d w p t s g p u p p t s o 3l ol38l 194 183 l 2l o3l921 31 l2 l1 0 1 l 41 2ll372 5392822 69 32 9 1 2 71 022 81 112 d w p t s 的长度为3 1 2 个o f d m 符号，其中，主同步信道位于第三个符号， 相应的，在这个特殊的子帧中p d c c h 的最大长度为两个符号。u p p t s 的长度为 l 2 个o f d m 符号，其中最后一个符号用于发送上行s o u n d i n g 。g p 用于上下行 的转换，主要由“传输时延”和“设备收发转换时延构成。 l t e 中在进行数据传输时，将上、下行时频域物理资源组成资源块 ( p r b ) ，作为物理资源单位进行调度与分配。 一个p r b 在频域上包含1 2 个连续的子载波，在时域上包含7 个连续的o f d m 符号( 在扩展c p 情况下为6 个) ，即频域宽度为1 8 0 k h z ，时间长度为0 5 m s 。 除非特殊说明，本文中所研究的均是基于普通c p 的配置。 2 1 2 上行参考信号设计 l t e 上行链路导频符号位于两个s c f d m a 符号中，可用于e n o d e b 的信 道估计和信道质量估计。根据l t e 协议，对于上行链路一个子帧中导频符号与 7 j 匕京邮电人学硕十学位论文l t e 中噪声方筹估计算法研究及多核d s p 实现 用户数据符号共有1 4 个，记作0 - 1 3 。其中第四个符号和第十一个符号为导频符 号，其余符号为用户数据。假定一个用户占用1 2 个子载波，则其上行p u s c h 信道的导频图案如图2 2 所示，p u c c h 信道的导频图案如图2 3 所示。 图2 - 2p u s c h 导频图案 其中黄色为导频数据，其余是用户数据。对接收到的导频先进行导频点处 信道估计，然后对得到的导频子载波上的信道传输系数进行降噪滤波、插值， 从而得到数据子载波上的信道估计值。由于l t e 系统上行块状导频结构，且各 子载波上的导频参考序列由z a d o f f - c h u 序列产生，故其相邻子载波导频位置处 的参考序列相互正交。 在扩展c p 情况下，相对于时隙起始位置，导频较普通c p 的情况往前一个 一个符号，原因是因为导频的两边可能传输a c k n c k ，而且最后一个符号可 能用于传输s o u n d i n g 参考信号，这时a c k n c k 就位于最后一个符号而处于终 端功率的转换点，会影响性能。 8 北京邮电大学硕士学位论文l t e 中噪卢方差估计算法研究及多核d s p 实现 rr - r rrr rrr rrr rrr rr rr rr t rr rr r r r f 一 r r rrr 】一 rrr p u c c h 格式1 ，1 a ，1 b 的参考仿q 分柑( 1 1 擎通c p ) p u c c h 褂j 1 = 2 2 a 2 b 的参考f 0 吁分和( 乎通c p ) i s l o t 2 0 5 m s i k 堕竺尘笪划 r r “一l _ h r r ： r 。一+ 一一_ 十一 rr p p l j r ：r ； = = 而七皇 _ r r ，f l l s l o t = 0 s m s i k 堕竺尘塑划 一二_ l ；二 篓毒 p u c c h 格式1 1 1 a 1 b 的参考信吁分布( 扩腱c p ) p u c c h 擀j 弋2 的参考信吁分布( 扩楗c p ) 2 2 上行多址技术 图2 - 3p u c c h 导频图案 在宽带无线通信中，为了使多个用户共享系统资源，可以通过多址方式对 不同用户的信号实现j f 交，而基本多址接入方式包括频分多址，时分多址和码 分多址。其中正交频分多址的关键技术o f d m 是频分复用的一种方式，它在保 9 m矗一匕叠：i t 旧他垮旧 王 霉ul工鲎nsi 北京邮电人学硕十学位论文l t e 中噪声方筹估计算法研究及多核d s p 实现 持各个子载波币交的基础上允许子频带相互叠加，由于频谱效率高、带宽扩展 性强、抗多径衰落等优点成为宽带无线通信最有竞争力的技术。但是o f d m 系 统的功率峰均比较高，从而会增加发射机功放的成本和耗电星，不利于上行链 路的实现。针对这个问题，l t e 上行采用d f t - s o f d m ，即s c f d m a 作为上 行多址方式，其实现框图如图2 4 所示。 信通编码 卜 调制 卜d f t i 了甍挚映 i f f t卜* h c p卜 信通编码- -调制 卜 i 。气f ” 卜卜 i ：卜卜 图2 - 4 上行多址技术 如图2 4 所示，在上行链路系统中，经过编码调制的数据符号在进行i f f t 变换之前先进行d f t 变换以及子载波映射，从而使数据符号扩频剑分配的子载 波上传输。 d f t - s o f d m 系统继承了o f d m 系统的优点，如实现复杂度低、频域均衡 简尊等。并且与o f d m 相比，明显降低了功率峰均比，提高了功放的效率，扩 大了上行信号的覆盖范围。 2 3 上行接收关键技术 白 _ ： ；霁 一雾霎：一。一矗一1 v v ，一一一 ，解： 卜薹： 频域均衡 ；卜i d f t 卜嚣鬟 卜源 频域均衡卜 r 卜嚣嚣 跌；i 一 射： 争端 耄瓣_ 孽 码：蒹； 图2 - 5 上行接收处理流程图 i o v解信值破织一 一 解码块级联一 时频转换 一 卜 一 动增益控：罨 ： ，级块险 块竹耐错 一 |一一蹴错 | | 纛警一 北京邮电大学硕士学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 图2 5 所示为上行接收侧的处理流程图。自动增益控制至解调模块是基于 o f d m 符号进行的处理，解调之后的模块均是基于比特信息进行的处理。解调 之后的模块处理均可参照协议t s 3 6 2 1 2 进行。本节主要研究解调模块之前的处 理流程。 2 3 1 自动增益控制 自动增益控制是接收机的重要组成部分，这是因为接收机的终端设备一般 只能处理幅度变化不是很大的信号，信号过强或者过弱都会使终端设备失效。 但是由于信道的衰落、远近效应以及其他干扰因素的存在，接收机输入端的信 号强度一般会存在很大的变化和起伏。为了保证高灵敏度和可靠性，接收机设 计了自动增益控制( a g c ) 电路，其目的就是自动调节放大器的增益，使输出信 号的电平保持适当的水平，而不至于因为输入信号太小接收机无法讵常工作， 也不至于因为输入信号太大带来限幅失真。 a g c 电路的实现方式有很多种，按照a g c 的系统实现可分为模拟a g c 系 统、数控a g c 系统和全数字a g c 系统。由于模拟电路的一些固有缺陷，如抗 干扰能力较差、精度较低等，因此模拟a g c 电路的稳定性和可靠性都比较差。 而全数字a g c 系统对a d 转换器的动态范围和工作带宽都有较高要求。数控 a g c 系统的v g a 控制信号由数字信号处理提供，相较而言，应用范围更广， 系统更成熟。 本文主要讨论一阶对数线性数控a g c 的实现方法。图2 - 6 是典型的反馈 a g c 的结构图。 厂i 一二、 羔j ，ol | a d c i _ 一一一? ，；i ：，一- - a d c 卜- - 一一一彳 |? g 模拟；i 舯一；蕊_ ； l 、l d ；姻一， | i ，2 低也鹚j ； 一一一o ；一 e 一一r ； l 一一 ：增益控制一( + 矿一b； i i j + f 7 r _ _ 。- 。f _ - - - 一- - - - - - _ 一 图2 - 6 典型反馈a g c 结构图 北京邮电人学硕十学位论文l t e 中噪声方筹估计算法研究及多核d s p 实现 典型的反馈a g c 结构如图2 - 6 所示。其中工为输入信号，为参考电平， y 是输出信号。参量估计模块用于提取a g c 的控制信号，一般为平均幅度或功 率。低通滤波用于滤除信号的高频分量，防止引起反馈回路剧烈振荡。滤波器 输出的信号与参考电平比较，产生误差信号，增益控制模块根据误差信号计算 反馈控制电压。v g a 根据控制电压调节输出增益。 在本文的实际系统实现时，参是估计模块提取的是a g c 的平均幅度信息。 设为需要进行自动增益控制的数据的长度，为接收天线数目；o r e q 为期望 均值幅度；s 。，为在实际系统中，已经对应了空口信号功率的，基带得到的数 据。 首先确定用哪些数据来汁算自动增益因子f a c t o r 。令品加肘表示任意o f d m 符号，计算每个符号，即品的平均幅度o r ： 仃= 去志兰n = l 笙i = 1 ( f r ) ( ) f ) 式( 2 - 1 ) 其中0 为o f d m 符号的长度，因子1 3 用于补偿因近似计算平均幅度 o r 带来的误差。 将求得的平均幅度仃与给定的期望均值幅度比较，求出自动增益因子 f a c t o r ： f a c t o r = 卜( 1 0 9 2 ) 地， 根据算出的自动增益因子对接收信号进行左移或右移调整。 2 3 2 解资源映射 上行接收信道包括p u s c h 信道、p u c c h 信道和p r a c h 信道。下面以 p u s c h 信道为例介绍解资源映射的处理流程。 e n o d e b 接收的信号是所有上行用户的信号之和，不同用户通过子载波区 分。通过f d m 区分用户后，可对每个上行用户分别进行。不失一般性，本文 针对某个特定的用户进行描述。上行的资源分配为连续的物理资源块( p r b ) 。根 1 2 北京邮电大学硕士学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 据从高层获得虚拟资源块( v r b ) 索引求解对应的p r b 索引。资源映射分为2 种 方式：非跳频模式和跳频模式。 非跳频模式时两个时隙的p r b 索引均等于v r b 索引。跳频模式时需要进 行跳频映射计算p r b 。 采用跳频传输时，首先根据d c i 格式0 获得跳频信息比特，根据不同系统 带宽，可能为l 或2 b i t ，其取值如表2 2 所示。 表2 - 2 跳频信息比特定义及对应跳频方式 系统带宽 跳频比 跳频比 酩船( f ) 始 特偷数特信息 o ( 1 胖2 j + 兹( f ) ) m o a 秽 6 4 9l l类型2 的p u s c h 跳频 0 0 她琶s c h ；4 + 麓q m 刚恐s c h 0 1( 一k 秽，4 j + 磷) ) m o a 驴 5 0 一l l o 2 1 0 ( b 铲2 j + 椎( f ) ) m o a 俨 1 1 类型2 的p u s c h 跳频 ( 1 ) t y p el 跳频：若跳频信息为0 ( nr bu l 5 0 ) ， nr bh o 表示跳频偏移量，c u r r e n tt xn b 表示当前重传次数。 如果采用帧内帧间跳频： 第一时隙的p r b 起始位置：p r bs t a r t l = u lv r bs t a r t ； 第二时隙的p r b 起始位置：p r b s t a r t 2 = 刀肿i z j 十一 v 髓i - i o12 其中，j ；i 肌。( f ) 通过表2 2 得到， 。h = n r b l z j - v 鸭h o 一( 一r b u lm o d2 ) 式( 2 3 ) j 。v r i t b o = n r b h o + ( n r b h o m o d2 ) 式( 2 4 ) 北京邮电人学硕士学位论文l t e 中噪声方著估计算法研究及多核d s p 实现 p r b s t a r t l = 刀肿s i ( f ) + j 。v r h b o 2 式( 2 5 ) 如果采用帧问跳频： 当c u r r e n tt xn b 为偶数时，p r bs t a r t l = p r bs t a r t 2 = u lv r bs t a r h 当c u r r e n t j x n b 为奇数时，p r b s t a r t l = p r b s t a r t 2 = 面p 胎( f ) + - v 髓h o 2 ，其 中亓肿( f ) 通过表2 2 及公式( 2 - 4 ) 得到。 ( 2 ) t y p e2 跳频：若跳频信息为1 ( nr bu l 1 【l 一s 6 j 一 式( 2 6 ) 对子帧中的每个时隙序号疗j ，d f ，分别进行以下计算： 步骤- ： ，=on_slotns l o t 2 l 帧等器篙装频 式c 2 - 7 ， li 陨网i i j ! i l h j 珧多! l l 步骤2 ：根据扰码序列c ，扰码产生器的初始状态为：，= n c e l l 一1 d 步骤3 ：计算子带i 、日j 跳频函数： 五。，( f ) = 0 n s b = 1 ( 以。( f 1 ) + 1 ) m o d ( n s b )n s b = 2 ( 硝，+ ( 。i 磊1 0 + 9 m坤hfl州)mod(n_sb-1)+1)modc一叫nsb210+i = f 式( 2 - 8 ) f i m o d 2 ns b = 1 ，帧内帧间跳频 工。( f ) = c u r r e n t t x n b m o d 2n s b = 1 ，帧问跳频 式( 2 9 ) lc ( f - l o ) 一曲 1 1 4 北京邮电火学硕士学位论文l t e 中噪声方差估计算法研究及多核d s p 实现 步骤5 ：将时隙序号甩一s l o t 和v r b 索引分别代入公式( 2 1 0 ) 中得到p r b 索引 月p 髓( 嚏) ，、i n 。p r b ( 以)n s b = 1 咒p r b ( 胛s 户l h 眦( 璩) + f 一r b h o 2 i n s 6 1 n p r b ( ，气) = ( h v r b + 五o p ( f ) n r b s b + ( ( 一r b s b - 1 ) - 2 ( 疗v r bm o d n r bs 6 ) ) f r o ( i ) ) 式( 2 1 0 ) m o d ( n r b s b n s b ) f u l v r b s t a r t ns b = 1 r b2iu l v r bs t n r t 一【nr b n o 2 1ns b 1 步骤6 ：计算p r bs t a r t l ( 当前时隙序号对应第一时隙) 或p r bs t a r t 2 隙序号对应第二时隙) 。以第一时隙为例： 若厶( f ) = o ，则p r b _ s t a r t l = n ，。( 壤 若厶( o = 1 ，贝0p r b s t a r t l = n p r b ( 吃) 一u l l c r b s + 1 其中u llc r b s 表示上行资源块数目。 求出p r b 的索引值，根据公式( 2 1 3 ) 和( 2 1 4 ) 且p 可求出子载波索引值。 s ci n d e x1 = h is cr b 木p r bs t a r t l ： ns cr b 宰p r bs t a r t l + ns cr b