（电路与系统专业论文）utra+tddlcr终端联合检测协处理器的研究与设计.pdf

摘要 t d d l c r 是第三代移动通信的三大主流标准之一，它综合了 t d m a 和c d m a 的所有技术优势，具有灵活的空中接口，在三大主流标 准中具有最高的频谱效率。t d d l c r 系统中采用了智能天线、联合检 测、软件无线电等先进技术，其中联合检测技术通过减弱或消除多址干 扰和符号间干扰，改善了系统性能、提高了系统容量、增大了小区覆盖 范同，但是随之也带来了基带信号处理计算复杂的问题。 在用于移动终端设备的基带信号处理器上如何实现联合检测一直 是t d d l c r 系统实现商用的瓶颈之一。本文通过对现有联合检测算法 的分析，结合目前用于终端基带信号处理的可授权d s p 核自身的特点， 围绕终端联合检测的实现做了以下几方面的研究： 1 研究了近似c h 0 1 e s k y 算法在z s p 5 4 0 数字信号处理器上的实现可 行性。通过直接编写汇编代码的方法，对终端联合检测算法各个功能模 块在z s p 5 4 0 上的实现情况进行了评估。分析了软件实现联合检测存在 的主要问题。提出了基于协处理器的终端联合检测方案。 2 研究了分块s c h u r 算法的c o r d i c 实现问题，提出了在不需要引 入额外复数乘法器的前提下，利用c 0 r d l c 单元完成分块s c h u r 算法的 定点算法。 3 设计了以基于c 0 r d i c 的分块s c h u r 算法为核心的终端联合检测 协处理器。通过对算法数据流进行充分分析，优化了协处理器的数据通 道，减少了算子个数。 4 提出了以文件交换为基础，以m a t l a b 为核心的顶层功能验证 环境，结合3 g p p 编写的t d d l c r 物理层规范和终端一致性规范设计 北京交通大学硕士学位论文摘要 了用于顶层功能验证的测试用例，对协处理器的r t l 代码进行了验证。 关键词：t d d l c r ，t d s c d m a ，联合检测，块s c h u r 算法，c 0 r d i c 协处理器 a b s t r a c t t d d l c r ，w h i c hc o m b i n e da l ia v a i l a b l ea d v a n t a g eo ft d m aa n dc d m a t e c h n o l o g ya n db e a r sf l e x i b l ea i ri n t e i f a c e ，i so n eo f 山et h r e em a i ns t a n d a r d s f o rt h et h i r d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s y s t e m s i ti st h em o s te f f i c i e n t o n ei nu s i n gt h e8 p 。c t u r ma m o n gt h et l l r e es t a n d a r d s f u r t h e 肿o r e ，m a n y a d v a l l c e dt e c h i i i q l l e sa r ea d o p t e di nt d d l c r ，w h i c hi n c l u d es m r ta r l t e r m a ， j o i n t d e t e c t i o n ， s o f t w a r ed e f i n e dr a d i o ，a i l ds oo n i m p r o v e ds y s t e m p e r f o r m a n c e ，i n c r e a s e d8 y s t e m 。印a c i t ya n de n l a 。g e dc e l l u l a rc o v e r 8 9 ea l lc a n b ea r c h i v e db yi n t r o d u c i n gj o i n t d e t e c t i o n ，w h i c hc a nr e d u c eo re l i m i n a t e m a ia n di s i ，i nr e c e i v e r sa tb o t hs i d e so fb a s es t a t i o na n dt e 瑚i n a l s i m u l t a n e o u s l y ，h o w e v e r ，h e a wc o m p u t a t i o nn e e d s t ob ef i n i s h e di na r e l a i v e l ys h o r tp e r i o d h o wt o i n p l e m e n tj o i n t _ d e t e c t i o no nt h eb a s e b a n ds i g n a lp r o c c e s o r i n s t a l l e do nam o b i l et e 珊i n a l ，i so n eo ft h eb o t d e n e c k sw h e nt r y i n gt op r o v i d e c o m m e r c i a ls e r v i c e sw i t ht d d l c r i nt h i s t l l e s i s ，a f t e ra n a l y z i n gt h e 既i s t i n gj o i n t d e t e c n o na l g o 血h m sa n dt h e8 p e c 访cf e a t i l r e0 fm el i c e n s a b l e d s pc o r ew h i c hi sa v a l a i b l ef o rt e 皿1 i n a lb a s e b a n ds i g n a lp r o c e s s i n g ，ih a v e d o n et h ef o l l o w i n gw o r ka b o u ti m p l e m e n t i n gj o i n td e t e c t i o no nt e r m i n a l s ， 1 p o s g i b i l i t yo fi m p l e m e n t i n g 山e 印p r o x i m a t ec h o l e s k ya l o g r i t h mo n z s p 5 4 0d i 舀t a ls i g n a lp r o c e s s o rh a v eb e e nr e s e a 朋h e d p e i f o h n a n c eo fe a c h f u n c t i o n a lm o d u l ei n v o l v e di nt e m d n a lj o i n t - d e t e c t i o n a l g o r i t h m w a s e v a l u a t e d b yd e v e l 叩i n gc o h 七s p o n d i n ga s s 锄b l y c o d e d i r e c t l y t h e c o p r o c e s s o rb a s e dt e h n i n a lj o i n t d e t e c t i o ns c h e m ew a 8p r o p o s e d ，w h i l et h e j 京突通太举旗i 学僚论文 a k r a 。t d l 毽w b ko fs 碰w a r eb a s e ds 吱h i o 嚣黼s f l 穗l 础穰。 2 ，l 糯p l 嘲e 聪娃张d 醚。c 羹e h ra l g o f i t 弧w i t 巍c o r d l cw 躺r e s 8 取托h e d 熟e 萎x e 娃p o i n tv e 措i o 珏。ft h e 越。酬t 轴w 琏拶峄0 8 e 文w b i # he a na c 牺e v e 越l 。p 棼r 矗l j o n sr e q u i r e d 匆b i 。c k s 。b h ra i g 。瘦h mw i 啦。u la n y 舣 r ac 。m p i e x m 勰i p l i e r - 3 葺et e r m i n a lj o i n t 料d e t e c t i o nc o 呻r o e e 8 s o rw a gd e s i g n e di nd e t a i l t h e c o 嚣d l eb 穗s e d 辩懈k s c b l j r8 垂；o l h 黼i sm a p p 嗣i n 胁l h e 啦o l 蛩d a a p r f h ，b y e x a m i n i n gt h ed a t a n o wi nd e e p l y ，o p t i m i z a d o no fd a t a p a mw a sa c h i e v e da n d t h en u m b e ro fr e q u i r e do p e r a t o r sw a sr e d u e e d 。 4 a矗】e s w a p p j n gb a s e dm n 硝o n a lv 叫矗c a t j o ne n v j m n m e n cf o r t o p o e v e lr 7 r ln l n c t i o n a lv e 施c a t i o nw 勰e s t a b l i s h 嬲蝴m a t l a bp l 蛊粕瑚 a 。g u m e n t su s e di nt e s tc a s e sa r ee x t r a c t e df 衲mt d d l c rp h y s i c a ll a y e r 8 p e e j 萎e 韪；s黜d姐n i a n l。8 毓8 n c es p e e j 鑫辩虹s蛾礅拄立n l a i 魏戚b y 3 g p p k e y w o 嘲s t d d l c rt d 弗c d 骓a j 碰n 一e 蹴6 撇，o c k s c h “ a l g p 癔量i m 。c 0 靛黔至c ，e o p e e s 档 第一章绪论 1 1 背景与意义 随着社会信息化进程的加快，个人移动通信日擞受到人们的青睐。 在我国乃至众整赛，移动麓户翡增袄速度都远远踅i 馥了圈定魄话雳户静 增长速度。根据国际电信联盟( r i u ) 在2 0 0 5 年发布的报告，截此到 2 4 年底，全球移渤遥信捌户总数飘经超过1 7 5 亿，我营移动通信用 户总数已经超过3 3 亿。我圈目前已经拥有了全球最大的移动通信网和 最大的移动爝户数。随着移韵用户数静增长和入们对移动通信业务多元 化的要求，现有的以g s m 和窄带c d m a 为代表的第二代移动通信系统 无论是在频谱资源遥是在所能提供的业务方俩，都鹳经不能满足移动通 信业务发展的嚣求。 早在1 9 8 5 年，阑际电信联盟就提出了第三代移动通信( 3 g ) 的概 念，许多国家朔地区螅著名啜露设备制造藏炎震提掇了卡多糖无线接墨 建议。经过巍分协商和融合，最后形成了三火主流搜术规范，即采用频 分双工壹接扩频方式懿馨豫a f 蛰羚，采攥频分双工多载波方式鹣 c d m a 2 0 0 0 以及采用时分双工方式的u t r a t d d 。其中，u t r a f d d 由 蓑萋典黪爱立傣公司翻蔫兰l l 孽港基受公司挺爨鹃露e 羚麓矗与器奉黼譬 d o c o m o 公司提出的w c d m a 融合而成；c d m a 2 0 0 0 扫美国的高通、朗 嘏秘技、零托罗拉释j 毫潮络等公霭荚闲掇穗；v 薯魏a 一鞠静包括 c r 和l c r 两部分，分别形成于德国西门子公司提出的t d c d m a 和中国 电信科学璐究院疆遗的t d - 一s c d 醚a ，但是王 g r 的教展已经停止，戳此 u t r a _ t d d 现在主要是指t d s c d m a ，也称为t d d l c r 。u t r a - t d d 北京交通大学臻士学经论文 第一章绪论 采用聪分双王方式，工作瑟寸不嚣要成对频率蠢虽套剥于传埝非对髂数据 鼗务，爨蠢频谱零臻率离、系缀容豢大麴 梵点，这怒另辩黼稀麓范都不 具餐鲍。 三天主流栽范鞠栗孀鹳分多垃方式，戮噩艺系统中存在c d m a 系统 瓣有譬多妻干挽( 黼u l 矗一e e s s n t e 波r e n e e ，麓称髓a 1 ) 。与采滔频分双 工方式的u r 私一f d d 和c d m a 2 o 不同，幽于u 张a _ d d 采用时分双 工方式，在多径传潘环境下符弩阉予我( 1 n 沱p s y m b o l n t e 潞m e ，筒 称f s i ) 成为系统中的勇一类主瑟予扰。在u t r n f d d 和c d m a 2 0 0 0 的 接l 敬视中搿以采嗣褶干解调的方式对信号进行有效璁检测拉，但是在 u t r a 坷d d 的接收机中，无论是旗站还最终端都必须采用联合检测 ( 如i n t d e t e c t i o n ) 技术才能有效地抑制系统中的m a i 和i s l 。然而联合 检测的运算量随用户数成指数规律增长，如何使得联合检测能够在要求 德功耗、小搭积的终端数字基沓信号处理芯片上实现，成为了各个终端 撼带芯片设计厂商不得不面对的难题，也成为了制约t d d l c r 商用化 鲍叛颈之w 。 1 2 联合检测搜术触发展状魏 联会竣溅技术是1 9 9 2 箨由德圈k s l a 珏l e 摊大学盼a 。k 溉琏等人 撬壅鹤一耱将清除辩越与清除颡一并考虑懿臻餐技零恻。尽管联合检 溅能够提镞出传统检溅方法更准确熬检溅绥暴，经怒壶予受到鲶瑷器性 筏的限镧，联合裣溺菝术齑获擒密黻来一盏没有褥翻实际使用。穰多学 者对如褥辫低算法麓复杂瀵送行了深入研究并敬褥了一蹙成莱。 m o t o l o l a 公司g s m 产晶分部的h r k a r i m i 和n w a n d e r s o n 提出 酌避钡c h d e s k y 分解葬法洌。￥p i g e o n 删通道研究z f b 艇经典算洼 中c h o l e s k v 分解的收敛特性，提出了一种行近似c h o l e s k y 分解算法1 4 。 b 。b a u e r 漆分块k v i n s o n 算法应用翔了t d c d i i 垂a 中。m 。v o l l m e r 等人 2 北京交通大学硕士学位论文第一章绪论 提出了分块s c h u r 算法，该算法不但降低了运算量而且还具有很高的并 行性嶂j 。基于快速卷积的思想，m v o l l m e r 等人又提出了分块f o l l r i e r 算 法，并将该算法与近似c h o l e s k y 分解、分块l e v i n s o n 算法、分块s c h l - r 算法一起，在应用于t d c d m a 系统时的运算复杂度和检测性能进行了 比较研究“j 。 以上研究成果都是基于a k l e i n 等人提出的z f b l e 和m m s e b l e 算法，重点解决算法中相关矩阵求逆的近似简化问题。除此而外，另一 类成果则是独立于这两种块均衡算法的新算法，例如丹麦a a l b o r g 大学 的a k o c i a n 等人同丹麦r t x 电信公司的p s o r e n s e n 等人合作，提出了 采用迭代方式对信道系数和用户符号进行一并估计的s a g e 算法，实验 表明s a g e 算法能提供比m m s e b l e 算法低得多的误比特率哺j 。 1 3t d d l c r 终端数字基带芯片的现状 全球首个c m d a 2 0 0 0 商用网络和w c d m a 商用网络先后于2 0 0 0 年 和2 0 0 1 年分别由日本d o c o m o 公司和韩国s k 电信建成并投入运营。在 关注着两个主流标准的同时，不少厂商业开始着手与t d d l c r 商业运 营相关的各种研发工作。 2 0 0 4 年5 月，展讯通信有限公司在第三届国际信息通信技术展览 会上宣布世界首颗t d d l c r ，g s m ，g p r s 双模终端核心芯片s c 8 8 0 0 诞 生，该芯片采用c e v a 公司的c e v a t e a k 数字信号处理器内核，但是 受t e a k 处理器性能的影响，联合检测完全由硬件加速器完成。 2 0 0 4 年1 1 月，美国模拟器件公司( a d i ) 发布了为t d d 一【r 终 端提供完整解决方案的s o f t f 0 n e l c r 芯片组，其中以b l a c k f i n 数字信号 处理器为核心的数字基带芯片m o n ”o l c r 完全用软件的方式实现了 联合检测和信道译码j 。 2 0 0 5 年4 月，天暮科技有限公司发布了采用o 1 8 “mc m o s 工艺的 j 寡交通大学颈学位论文 第一章壤论 t d d l c r 终端m o d e m 芯片。该芯片以飞利浦( p h i l i p s ) 的a d e l n a t e r d l 6 0 2 5 数字信弩处理器内核，配合专用硬件实现 d 一r 终端物理 鼷的所有数字信号处理工作，其中联合检测几乎完全由硬件完成。 2 0 0 5 年1 0 月，凯明信息科技股份有限公司发布了采用德州仪器 ( t 1 ) 最簸鲍p e p t u n e 平台的t d d l c r g s m ，g p r s 双模终端数字基带 芯片组m a r s ，其中包括一片采用o 1 3 工艺的凯明v i k i n g 芯片。该 芯片恩硬傍逻辑实褒了t d d 一礴r 物理层瓣主要处理功能。 各个厂商的数字基带芯片的核心部件都是d s p 处理器，各种芯片 熬本上帮蕤宠或髓d 一臻鬏物理滕懿数字蕊号处联工作，莠且够实褒 下行3 8 4k p h s 的数据业务。在这燠芯片上实现联合检测的方式有两种， 一耱是完全罴软侮实理，籀鱼b l 鹣聚。n 。 e r ，获矮黪郄是基：哥近经 c h o l e s k v 分解的m m s e b l e 算法；另一种是完全用硬件实现，如展讯 弱s e 8 s 0 0 翻魏秘秘疆k i n g 。这蓠耱方式器有季鼙黪，翦者易于将袋算法 升级，但是需要高性能的d s p 处理器。然而提高现有d s p 性能的途径 其有提商工作时镣频率，这会导数两方甏翡闯瑟，一是芯片酶功耗会淹 耪时钟频率的提升而增大，这与移动设备要求的低功耗桐矛盾；一是提 赢时钟鞭率需要采用更，j 、线宽静工艺，兔芯片勃壤设计带来困难。勇外 为获得商性能的d s p 处理器i p 核的授权，需要支付昂贵的授权费，无 形中增加了芯片的成本。后者可以降低芯片功耗、缩小芯片尺寸，但是 无法进行算法升级，而且对设计稍验证工作的要求也相当高，设计开发 阁期较长、风险较大。 1 4 基完成酌工作 鉴予曩翦联会捡测褒数字基秽芯片上驰甄弹实理方式各有裂黪，本 文研究了一种折中的方案，即联合检测由d s p 处理器和硬件协处理器 共弱完成。奉文扶褒有霉d b 一磁| i 联合梭测算法入手，徽了强下王终： 4 j 寨交遵大学鹾学位论文 第一章绪论 ( 1 ) 参照3 g p p 关于t d d l c r 的技术规范h 1 6 j ，在m a t l a b 上建立了t d d l c r 发射机的数字基带模型，结合3 g p p 建议的多径衰 落传播环境产生了用于联合检测算法验证与性能分析的测试数据。 ( 2 ) 分析了肖前用于完全由软件实现联合检测的主流算法，并在 l s il o g i c 的z s p 5 4 0 数字信号处理器核上用z s pg 2 汇编语言实现了该 算法的关键模块，从运算复杂度和运算精度两方面对联合检测在 z s p 5 4 0 上的实现进行了评估，提出了软件实现联合稔测过程中存在的 若干问题。 ( 3 ) 以分块s c h u r 算法为基础，对当前完全用软件实现联合检测 的方案迸行了改造。充分和用z s p 5 4 0 数字信号处理器核的自身的特点， 合理戴划了实现算法中各个模块的软、硬件分工，提出了采用d s p 处 瑾器与硬件协处理器共葡实现联合检溯的方案。 ( 4 ) 设计了该硬件诲处理器韵内部数据通路与控制单元，并厢 v e f i l o gh d l 完成了济处瑾器的r 髓。描述。采糟台湾联华电予( u 淅c ) o ，1 8 | i me m o s 工艺标准单元瘁进行了逻辑综合，结合( 1 ) 中的测试数 据进行了与仿真分橱与功能验汪。 1 s 论文内容与组织形式 第一章陈述了终端联合检测在u t r at d d l c r 终端数字基带信弩 处理中的熏要性，提出了要研究的问题以及解决问题的理论依据和技术 路线。 第二章介绍了u t r at d d l c r 的物理层技术规范，详细说明了几 种联合检测算法。 第三章简要介绍了z s p 5 4 0 数字信号处理器核的特点，评估了采用 近似c h o l e 8 k y 分销的终端联合检测算法用z s p 5 4 0 汇编实现的代价。阐 述了熬于协处理器的联合检测方案，并给出了采髑分块s c h u r 算法的终 端联合检测定点算法。 蕊京交遥大学磺学位论文第一章绪论 第四章详绷论述了从数据漉规划出发设烈+ 终端联会检测协处理器 的过程。重点说明了数据浚规划、控制器秘数据通路戆设计。 第五拳主要分缨了以文 譬交换为基础，以艟斛丛b 力核心的领屡 功l 验证环境及疑熙测躐嗣铡。 第六章总结了论文游主要王作及成暴，并就篷褥遴一步毳拜究鲶海容 进行了麓要讨论。 6 第二章u t r at d d _ l c r 终端联合检测 2 1t d 粉矗。c r 物理层规蔻概述 第i 代移动通信系统的空中接口( 即移动终端和接入网之间的接 强j 主要蠢锈瑾瑟( l i ) 、数据链爨瑟跑) 稳瞬终层璐) 组残。纂 i 代移动通信技术标准主要区别体现在空中接口的无线传输技术上，尤 萁怒在物瓒瑟方瑟。粝瑾豢淹溺络黧鹃无线资滠控麓( 翼王l c ) 子爱鬟供 控制信道，向数据键路层的媒质接入控制( m a c ) 子层提供传输信遭， 通过祷传输信遘获射餮纺联詹道主来离裔麓提供数瓣蒋簸敝务。 2 1 1 物递慎遭 t d d l c r 综合采用了f d m a 、t d m a 和c d m a 三种多址方式，其 物理信道持陛楣应舱由载波频率、时隙和信遭化码决定，如耀2 一l 所示。 载波频率 图2 一lt d d l c r 多址方式结梅示意匿 对于一个确定的载波频率，t d d l c r 系统的物理信道采用四层结 擒：系绕赣、秃绞渎、予犊纛瞬熬蘑，分舅l 俸瑗簌嚣专域懿码蠛上。鳐 图2 2 所示，时域上一个无线帧长为l o m s ，分为两个5 m 8 的子帧。这 北京交通大学硕士学傻论文第二章u t r at d n l e r 终端联合检测 两个子帧的结构完全相同，每个子帧又分为7 个长度为6 7 5 肚s 的常规时 隙( t s o t s 6 ) 和3 个特殊时酴。这3 个特殊时隙分剐为下行导频时隙 ( d w p t s ) 、保护间隔( g p ) 和上行导频时隙( u p p t s ) 。在7 个常规时 隙中，t s o 总是分配绘下行链路，t s l 总怒分配给上行链路，余下酌t s 2 t s 6 则根据需要灵活地分配给上下行链路，以适j 呶对称和非对称业务模 式。 重堡鍪茎! ! ! 翌! ，i 一& 群赫r 麟飘矗0 量。蚓隧- ；- i ；巍i ：霸舔；- i 1 鞣0 囊弧廿 “ 一 子帧( 5 m 、 一 一 ， s u 强a m e 嚣赫 is u b 秘骞2 氇+ 1 ) ! 堕邀 q 、 t s 0 醐t s l t s 2t s 31 s 4t s 5t s 6 图2 以固d k r 耪联倍遭信号格式 一个常规时隙在码城上被联个不同昀信道他码划分为蜒个褥道。 这蟹个码道构成原始码道集合，记作c 0 = 豫：1 恕匠，鱼z 。 t d d 一憾r 中的一个物褒信道就是一个鹚逮，每个码道上发射的弱片序 列称为一个突发( b u r s t ) ，由载波频率、无线帧、时隙和信道化码惟一 确定的褥道上鼹发射蛇突发是t 羚d m 鬏系统中傣息传竣的最小蕈位。 t d d l c r 系统的突发结构如图2 3 所永。 突发由鼹个码冀长度均为3 5 2 戆数据德号城、一个璐片长发为1 4 4 的中间码( 也称为训练序列) 和一个码片长度为1 6 的保护间隔组成。 北京交通大学硕十学位论文 第二章u t r at d d i c r 终端联合检测 记第吃个码道承载的突发为s k c k ，记突发s k 的数据符号域为 j d ，d 鼻= 1 2 c ，中间码为埘乎c k ，其中k = 8 6 4 ，。= 3 5 2 ， 工。= 1 4 4 ，且s = ( d k m ，埘 ，d t ，o ) 。 l 一! ! ! 坐望 | lc 戮刍j 满。戮；，卜麓器l! ! 墼! ! 塑! 隧璧薹壁闭! ! 兰型竺!圉i ( 1 6 c h i p s ) 图2 3 | l d - l c r 系统突发结构 对于q p s k 调制方式，d 训，_ d 川各用于承载2 幔个经过编码和 交织后的数据比特 删= ( ，唰) ， o ，l ，2 = 1 ，2 分配给码道砭的中间码选取自集合 彬( k 。) = 肼k ：小k = ( m ：，m ，m 导) ，1 。k 。 其中，k 2 ，4 ，6 ，8 ，1 0 ，1 2 ，1 4 ，1 6 ，即共有8 个这样的集合。同一时隙中 不同码道的中间码取自同一个集合；肼k 由小区基本中间码 埘p = ( m i ，m 2 ，m p ) 7 ，p = 1 2 8 经循环移位产生。具体地，向量珊k 的元素m ：k 1 由向量卅，的元素通 过计算得到： ，孢：1 = m ( ( ( k 。一k ) + i 一1 ) 。o d p ) + 1 ， 1 i 三。 其中形= l p k j 。而向量胁，由二进制形式的基本中间码经q p s k 调制 后得到。 从集合。貂( k 。) 中选取分配给下行时隙码道的中间码有三种方式： ( 1 ) 由高层明确分配某个指定的中间码，即特定( s p e c i f i c ) 方式； ( 2 ) 由物理层根据信道化码和中间码的固定对应关系分配，即缺 省( d e f a u h ) 方式； 此京交通大学硕士学位论文第二章u 张at d d l c r 终端联台检测 ( 3 ) 由物理层根据时隙中当前使用的信道化码个数为该时隙的所 有褥遂分配一个莛雳酶中阔码，公共( e o m m o n ，蒺式。 2 。1 2 数据调制与扩频调髑 映射到物理信道上的数据比特块矗嗨。，要经过q p s k 数据调制形成 复值符号块矗叫= 叫。，“，磺。) c “。连续的两个二邀制比 特霹攀蹬。被映射为一个复值符号k ”，映射关系如表2 1 所示，其 中l i 甄。 寂2 1q p s k 调制方式连续二进制比特与复值符号之间的映射 数据调制籍的复值符号块需要作扩频调制，包括信道化和加 扰两个步骤。僚遭化处理后的复值码片序烈为 谨( “o 曦坩，皆。氆憎，啜。畿坩) 其中，夔是璐_ j 蓬毪懿翁遘铯薅t 宅是参滚医子为唆錾。v s f 鹃，筠褥 如图2 4 所示；州凌是与信道化码c 凌棚关的相位系数。 1 0 图2 qo v s f 硒码树 北囊交通大学硬上学位论文第二章u t r at d d l c r 终端联台检溅 信道化处理后的复值码片序列还需要用复数形式的小区扰码 y = ( q ，* ：，。罗c “进行加挽处理，褥翻突发数据城码片垮弼 d 魄。= ( 叫k ”，酵。，酸发) 7 2 1 3 脉冲成形滤波嚣 在不髑码遭上发射的突发s 经过相虫后要经过一个摄升余弦型 滤波器形成脉冲波形，该滤波器的冲激响应为 扯尘墨坚尘垒：! j” “ 哇 t 一( 4 扪 l、， 其中，滚降系数a = o 2 2 ，码片间隔贮= 0 7 8 1 2 5 泌。 2 1 4 物毯屡数据流 综上艇述，在发射端求是传输傧遭的e e 特流，谯甥理瑟霉要依次经 过传输信道编码与复用、数据调制、扩频调制( 倍道化与加扰) 、中间 鼹复接、躲；孛残形以及射羧调制考黯通过笼线信遘泼愆发射。对应缝， 在接收端，来自接收天线的射频信号需要依次经过射频解谰、脉冲成形、 中瓣鼹分亵、联合捻测、数据鼹潺翔决、髂羧售遂鳃码与解复愿才够 得到传输倍道比特流。如果将射频调制与解凋对传输的影响记人无线信 遂鹃影穗中，露泼褥爨终溪崖载基渗数据滚，鲡蚕2 5 辑承。 搀 输 信 遘 比 特 流 曜蜀 乎匮m 搁卜 发射端 接牧壤 多轻 衰薄 癌道 擅围吨卜匿皤一盛一 图2 5t d d l c r 物理层熟带数据流 北京交通大学硕学位论文第二章l r at d d l c r 终端联台检测 图2 5 还给出了联合检测在t d d l c r 物理层的位擞，依此可以为 联合检测闷题建立黑盒糗墅。终端联台梭测的主要功麓怒消除接收到的 突发中干扰( 包括m a i 和i s i ) ，估计出属于本用户的各个码道上发送的 数据符号。萁输入是经过脉冲成形滤波和中间礴分离后的突发，输入数 据速率嚣于码片速率，& p 上= 1 2 8 m z 。其输出为多路数据符号，每路 输出对应一个率用户码邋上两个数据符号域中的数据符号。每路输出数 据速率黪于符号速率z ，对于采用q p s k 调制的数据农2 点= z ，即 ，f = 6 4 0k h z 。对一个时隙的联合检测必须在6 7 5 似内完成。 2 。2 终端联翕检测算法 匿靛r d d 一琏鬏蛉终端联合检测几乎都采用以追零线性块均餐 ( z f b i 属) 或缀小均方误差线性块均衡( m m s e b l e ) 为基础的近似 葵洼，通过采用各种近似算法麓让这鼹秘块均凝算法中蛉复杂矩阵运 算，从而达到降低运算滠的目的。 2 。2 。l 下行篷爨蓑带费赣横壁 考虑t d d l c r 系统中从基站到某终端的一个下行时隙传输。对于 f 行时藩码遭静扩菝困予其致l 或 6 ，扩颓鑫予等予l 辩谈嚣季豫中至 多只有1 个用户，不需露进行联合检测。下面只考虑扩频因子等于1 6 的请澄，诧瑟孪不弱码遗瀚扩频戳子毽麓为1 6 ，突发豹簿个数据域承载 的符号个数帆均为2 2 ，因此下文不再区分不同码道的仇和，将这 两个薰分羽简谗为q 巍。设谈时潦的1 6 个鹤道中有x 。个激滔码道， 这k 个码道构成激活码道集合，记作g = 吃。：l k 墨。，k 勰 。激 活码道与原始确遭的对应关系糟映射乳ejc 0 表示，郎激活码邋吃。对 应于原始码道甲( 女。，) 。联合检测中涉及的码道均为激活粥道，若无特别 说明以后略去自。和瓦。的下标，分别简记作和k 。用 表示激活码 道l 上承载的突发，崩擞，h ”秘矗“，2 分另表示s 似的中闯码骝两个 北京交通大学硕士学位论文第二章u t r at d d l c 黜终端联合梭测 数据域中的符号。 由于一个突发酌持续嚣尊闯哭有6 7 5 泌，溺就可以近似认为在这载时 间内的无线信道是线性时不变的，从而可以用f i r 滤波器作为无线倍道 的藏带模型。在终端接收枫中，信瀵；串激响应是乖j 髑接收到的序剜# 中 与发射突发的中间鹕所对成部分的襁片做信道估计褥到的。记信道估计 器得到的与中闯码磁”对应豹信遭冲激晌瘦为露“= ( 砰，矽，磺罗。 记纂终端接收到的脉冲成形后的序列为g = ( q ，岛。弗。) c k ，由线性 卷积的性质易得t = ( 2 哪十k ) + 矽一1 。设系统中加性高斯自噪声为 拜e k 。由此得到的离散时间基带传输模型如图2 6 所示。 s s ” ； 占瞎 图2 - 6 下行突发离散时间基帮传输棋毅 考虑p = 1 6 的情况，此时每个数据符号块d 证。中的数据符号数均为 = 2 2 ，激添码遂女土数据譬睾号扩频调制约扩叛玛等效为小医码遭扩频 码 s 强) _ 帮”c 。y ( 2 2 ) 从耐可以得到如图2 _ 7 所示的数据符号d 酶的基带传输模型。 d 童 ； 。 图2 7 下行数据符号离散时间基带传输模型 北京交通大学硕上学位论文第二章t 7 t r at d d l l c r 终端联合检测 其中冉? c 。+ “1 为加性高斯白噪声，p ! c 忡“1 为接收到的对腹于数 蕹蠛；懿确应。蘩于两个数器躐其有完全穗淘的俦输模型，以后蒋无特 别说明不再区分数据域l 或数据域2 ，省略各个符号上标中的f 。 若将，l 、莲秘遘扩颓褥s 强稳貉遂狰激响应纛挺翡俸麓等效为一个缝 合信道响应四“k ( 磁“，磋”，磷0 一。) 7 c 竹”1 嚣= 矗嘲女产( 2 3 ) 令y = ( 露”，嚣”，嚣“) c q “1 “，由矩阵y 询造一个分块孙e p l i t z ( b l o e k o o e p l i t z ) 矩阵r ，其结构如图2 8 所示。由匿个数据符号块” 构造个向量 巩= ( ”，”，鲫r c ，1 i ( 2 4 ) 秀由邃撑个自爨穆造一个肼缨爨塞 d = ( 矸，蝶) c “ ( 2 5 ) q + 矽1 l 竺。j 图2 8 系统矩阵r 的结构 莰雨，数据符号露瞧静繁带传输模鍪l 哥黻雨线性方程组表示为 z z + = ( 2 6 ) 1 4 北京蹙通大学砸生学位论文第二毒l 】甲r a 栩d l b 终避联合埝泌 2 2 2z f b l e 秘m m s e b l e 算浚 a 。k l e 强等天扶式( 2 巧) 离发，在两令不满& 翁索灌尉下分蒡褥弼了 z f 。b l e 估值器和m m s e b l e 估值器【1 引。将从以得到的对d 的z f b l e 稻m s e 一8 疆嵇德努雾记为奄制稻毛。s 小8 。，并假设礞声是方差 为矿的加性赢斯白噪声序梦“。 以弛一琏。l e 扩最，j 、为准瓣襻溺z f - b 黼估值器为 是p 龇= ( z h f ) 一l ，h 吃 ( 2 7 ) 以凹( j i 五。胁蝴一圳4 ) 最小为准则得到m m s e b l e 估德器为 五鞋s 嚣棚：( z 娃f 毋王广? 珏气 ( 2 8 程相同条件下，z 卜b l e 估假器的性熊略低予m m s e b l e 估值器，但 是随蓉绩曝魄增大稀莽话蘸器懿甓憝趋予一教。 若令嚷f = r “r ，哇 m m s e * 尹r 十口2 j ，并定义相荧矩阵学c “删 巾= 龟；暴拦 9 ， 劐式旺一7 ) 秘( 2 8 ) 哥黻写或个统一耱表达式 4 啦。z “气 ( 2 一l o ) 当痧选择不同的褶关矩阵日于，i 对艨于不同准则下的估值。 至魏z p 班显或艇m s 嚣一b l e 联合检溅隧邃藏翻缝鸯求解线瞧方程 组( 2 1 0 ) 的问题。有很多方法可以用于求解线性方程姐，例如直接求逆 法，瀵元法，三受分鬃法秘歪交分辩洼l 捧】。然羲登怒一对隙中鳇爨毒 码懑均为激活码道，即k = i 6 时，毋将成为一个3 5 2 阶的方阵。此时无 论蘩藤主述睇一释鳃洼，其运篓钱贽罄是无法零受。嚣照其验选择一臻 运算代价较低的近似解法。近似c h 。l e s k y 分解法和分块s c h u r 算法分别 是三霆分解法释委交努解法盼甄运算藿遥馥簿法。 l 京交通大举硬士掌按论文第二章捌散矗渤一 r 终端袋含捡捌 2 2 3 避似c h o l e s k y 分憋算法 蠡辩。l o 赫a 公司g s 馘产藩分酃翡群r k 赢蜮和n w 矗n d e 措粕提 出的近似c h o l e s k y 分锵霁法，是圈前在备种t d d t r 终湍基带芯片上 广泛采斌的葬法。元论怒z f - b 溅还是酪辩s e b 糈，线淫方程缀( 2 一i 国 的矩阵毋都是联e 邢州m 1 矩阵，求解这类线性方程组最有效的方法之一 是采嗣蕊o i e s k v 分解释正商腹礴西代，袋俸步骤如下： ( 1 ，求则缎h e r “l i a n 矩阵聋的c h o l e s k y 分解，* e b o l ( 渺) ，即 咖= 弘“移，其串，科2 ”是上i 角矩阵； ( 2 ) 通过正向回代求解下三角形方耀维# = z “咚，其中毫拶“； ( 3 ) 通过反向回代求解上三角形方程组瓣= z 。 由予系统矩阵f 具稳分块e p l i t z 绻构丰珏分块带状缕襁，使姆矩降 币也具有这两种结构特点，进而使得它的c h 0 1 e s k y 分解u 也具礴分块 漤状结襁，毽是不具备分块e p l 溉结构，即 痧= 峨。娥r 酊 最i ， 娥 旗；毒； ，秽。 配。 醍， 弼， “ 馨l n 其中豫，鹪，c 鼬，砜是上三角矩阵，1 蔓i ，。它们之间 魏程互关系魏下： f c h o l ( 嚷。)l _ ，= 1 甄= e l l 文( 霹，一哄i ，2 i = 歹帮 ( 2 一l l l 口蜉( u i l ) “ l i 一l ，j = + l 至 嚣嚣积糙i 煮n ，w 。a 赫e 鹳。n 发瑷，瀑l 蔻予霹，躐阵襄 ( 配。一u 。) 和( 职。，一以“。) 都趋于零矩阵。换京之，矩阵u 的龋构不 范僵嚣常接近予努头瓢e 瘴如结拇。霹予绘定静r ( 1 茎r 劝，定义矩薄 北京交通大学硕上学位论文第二章u t r at d d l c r 终端联合检测 疗r ) ： u l lu 2 址2u 2 3 虬， “ u 、 ( 2 1 2 ) f u 。l i r ；j = i ，i 十1 q ，= ” r b j ( 2 1 3 ) 【q ，+ 1r i 一1 ，= i + 1 则矩阵疗“可以作为矩阵u 的近似，即毋一疗加疗“，且r 越大近似程 度越高，称r 为重复度。目前在各种t d d l c r 终端联合检测算法中广 泛采用疗妲作为u 的近似。 近似c h o l e k s y 分解算法所涉及到的运算都可以转化为乘、加两种运 算，非常适合在采用通用d s p 处理器的t d d l c r 原型机上通过软件得 到实现，因此成为了目前最成熟的终端联合检测算法。 2 2 4 分块s c h u r 算法 除了利用三角分解法( 如c h o l e s k y 分解) 求解( 2 7 ) 外，还可以利 用正交分解法求解。由于矩阵f 是列满秩矩阵，因而r 可以唯一的分解 为r = q 曰，其中矩阵q u 船“- 1 ”“，即q h q = ，；矩阵皿c “是 一个上三角矩阵，它实际上就是矩阵嚷，的c h o l e s k y 分解，即当面= 兜， 时，u = 胄。从而( 2 _ 7 ) 可以写作 也f - b l e = u _ 1 q ”p d ( 2 一1 4 ) 由于p = u “q “，故q h = ( ) “一e 。= z ，因此蠢。一m 是上三角形方 程组谴。= z 的解，这个方程组就是c h o l e s k y 分解算法中的最后求 解的下三角形方程组。m v o l l m e r ，m h a a r d t 和j g o t z e 在t k a i l a t h 和 j c h u n 工作的基础上提出了用于同时近似计算u 和：的分块s c h u r 算 法。 根据t k a i l a t h 等人提出的位移表示( d i s p l a c e m e n tr e p r e s e n t a t i o n ) 北京交通大学硕土学位论文第二章u t r at d d l c r 终端联合检测 方法，分块t n 6 p l i t z 矩阵丁c 。： ) “1 “可以用两个分块n e p 矩阵 u 。，砜c “表示，写作 r r = u = 碟以一w 砜 ( 2 1 5 ) 矩阵u 。，砜的结构分别为 u 1u 1 2 “。u ： u l lu 2 u 。 = r o u ： o u 2 o u ： 0 m v o l l m e r 等人以式( 2 1 5 ) 为基础导出了分块s c h u r 算法，其具体 步骤如下： ( 1 ) 计算子矩阵u 。，q ： 通过对矩阵r 前( 0 + 形一1 ) 行施以正交变换，按行号由低到高的顺 序逐列消去矩阵r 中第j 列第