一种用于无线接收机接收符号的归一化方法及装置

摘要

一种用于无线接收机接收符号的归一化方法及装置，包括增益控制补偿和存储模块，用于对接收链路输出的接收符号与其对应的增益放大倍数的倒数相乘，得到增益控制补偿后的符号S；符号平均值计算模块，用于对同一批的补偿后的符号绝对值进行累加，得到全部补偿符号的累加和Stotal以及符号总个数num，求解符号平均值Saverage＝Stotal/num；归一化系数计算模块，用于根据输入到前向纠错解码器的数据位宽，确定归一化均值P，求解归一化系数C＝P/Saverage；归一化模块，用于将系数C与该批中补偿后的符号S分别相乘，并取整的定点位宽W，得到归一化后的符号。本发明使归一化后的数据与天线接收点的信号强度保持一致，从而使得接收链路的性能得到明显提高。

说明书

技术领域

本发明用于无线接收机的接收链路的数据处理，尤其用于WCDMA等移动通信接收链路中的前向纠错编码之前的接收符号的归一化。

背景技术

在移动通信系统中，无线环境非常复杂，因此在接收链路中接收到的信号强度变化很大。无线接收机的处理流程如图1所示：天线接收到的信号在射频接收机经过增益放大(AGC)，得到模拟基带信号，然后通过模数转换(ADC)为数字基带信号，数字基带信号经过接收链路的多级处理得到接收符号，接收符号经过归一化后，进入前向纠错解码器(如turbo或viterbi解码器)。由于天线接收信号的强度在不断变化，因此通过可变增益控制使得接收天线信号经过放大后，得到的数字基带信号的强度保持在一定的范围内。

在接收链路的数据处理中，为了保证接收链路能够有比较好的性能，需要尽量保持数据的精度。在实际的系统设计中，一般使用快浮点的方法保证整个处理过程中，符号的精度能够满足需求。比如使用10bit底数、6bit指数的方法来表示接收到的符号(其中底数为补码表示，最高位是符号位，次高位与符号位必须相反；指数也是补码表示)。为了保证处理过程中的精度需求，在前向纠错解码之前，通常全部使用这种快浮点的数据表示方法。但是对viterbi和turbo解码器来说，使用上面的表示方法会使解码器的设计非常复杂；因此在将接收符号输入到解码器时，通常都需要对数据进行归一化，将浮点数表示为固定位宽的定点数，比如表示成8位宽的整数，这个归一化如果做的不够好，会使前面保留的数据精度大幅度降低，对接收机的性能有较大的影响。

目前的专利中，一般都关心前向纠错解码器内部的路径归一化；对于输入数据的归一化问题提及甚少，只Motorola的专利US2004162043中提及利用增益控制在归一化时对数据进行补偿。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于无线接收机接收符号的归一化方法及装置，使归一化后的数据与天线接收点的信号强度保持一致，从而使得接收链路的性能得到明显提高。

为了解决上述问题，本发明提出了一种用于无线接收机接收符号的归一化方法，包括以下步骤：

(a)对接收链路输出的接收符号与其对应的增益放大倍数的倒数相乘，得到增益控制补偿后的符号S；

(b)对同一批的补偿后的符号绝对值进行累加，得到全部补偿符号的累加和S_total，以及符号的总个数num，求解符号平均值S_average＝S_total/num；

(c)根据输入到前向纠错解码器的数据位宽，确定归一化均值P，进而求解归一化系数C＝P/S_average；

(d)将归一化系数C与该批中补偿后的符号S分别相乘，并取整的定点位宽W，得到归一化后的符号。

进一步地，上述归一化方法还可具有以下特点：

步骤(b)中，是将接收到的用于前向纠错解码的数据块中所有的num个符号作为同一批符号一起进行归一化。

进一步地，上述归一化方法还可具有以下特点：

步骤(a)中，是将所述数据块中的所有符号分为多组，每组符号取一个增益放大AGC值用于上述增益控制补偿的运算。

进一步地，上述归一化方法还可具有以下特点：

步骤(c)中归一化均值P根据数据位宽w计算，归一化均值P取为2^w-2，所述w为整数。

进一步地，上述归一化方法还可具有以下特点：

步骤(d)中取整的定点位宽W是指将C与符号S相乘后的值的整数部分饱和截位到W位宽，W由系统配置的数据位宽决定。

进一步地，上述归一化方法还可具有以下特点：

步骤(a)中接收链路输出的接收符号和AGC值均为快浮点数据形式的数据。

本发明提供的用于无线接收机接收符号的归一化装置，包括：

增益控制补偿和存储模块，用于对接收链路输出的接收符号与其对应的增益放大倍数的倒数相乘，得到增益控制补偿后的符号S；

符号平均值计算模块，用于对同一批的补偿后的符号绝对值进行累加，得到全部补偿符号的累加和S_total，以及符号的总个数num，求解符号平均值S_average＝S_total/num；

归一化系数计算模块，用于根据输入到前向纠错解码器的数据位宽，确定归一化均值P，进而求解归一化系数C＝P/S_average；

归一化模块，用于将归一化系数C与该批中补偿后的符号S分别相乘，并取整的定点位宽W，得到归一化后的符号。

进一步地，上述归一化装置还可具有以下特点：

所述符号平均值计算模块是将接收到的用于前向纠错解码的数据块中所有的num个符号作为同一批符号一起进行符号平均值计算。

进一步地，上述归一化装置还可具有以下特点：

所述增益控制补偿和存储模块是将所述数据块中的所有符号分为多组，每组符号读取一个增益放大AGC值进行上述增益控制补偿的运算。

进一步地，上述归一化装置还可具有以下特点：

所述归一化系数计算模块是根据数据位宽w计算得到归一化均值P＝2^w-2，所述w为整数。

进一步地，上述归一化装置还可具有以下特点：

所述归一化模块是将C与符号S相乘后的值的整数部分饱和截位到W位宽，W由系统配置的数据位宽决定。

进一步地，上述归一化装置还可具有以下特点：

所述增益控制补偿和存储模块接收的接收链路输出的接收符号和读取的AGC值均为快浮点数据形式的数据。

与现有技术相比，本发明对接收链路得到的浮点数据符号进行AGC补偿，将符号的大小补偿到与天线接收处的信号大小保持一致，并对补偿后的符号进行均值计算，得到归一化系数，利用该归一化系数对全部符号进行归一化，保证全部符号的位宽达到最优。从而使解码器的性能达到最优，与直接用最大的符号作为基准进行归一化相比，一般可以提高接收机的性能0.2～0.5db。

附图说明

图1是现有技术中无线接收链路示意图。

图2是实施例中的方法流程图。

图3是实施例中的装置结构图。

具体实施方式

一种比较简单的归一化方法是从所有的数据中，找到指数最大的一个作为基准，其他的符号以此为基准依次进行归一化。比如接收符号中最大的一个是a×2^b(底数是a，指数是b)，则对于全部的符号归一化方法如下：假设待归一化符号的指数值为c，则将该符号的底数除以2^b-c作为该符号的归一化值。这种方法操作比较简单，但是缺陷非常明显，万一我们接收符号中有一个符号的值非常大，即b比较大，会使其他的符号变得非常小，从而使量化位宽的使用效率非常低，归一化后的数据精度比较低，从而降低接收机的性能。另外由于可变增益控制的放大倍数在不断调整，因此接收符号的大小不能代表接收天线处无线信号的强度，这对接收机的性能也有一定的影响。

本发明提出了一种用于无线接收机接收符号的归一化方法，可以避免由于某个错误符号的值过大，从而压低其他符号的精度，使得输入到前向纠错解码器(viterbi或者turbo)的符号从精度上达到最优，在权值上也与天线上接收的信号保持一致。

如图2所示，一种用于无线接收机接收符号的归一化方法，包括以下步骤：

步骤110，对接收链路输出的所有接收符号进行增益控制补偿，并保存；

补偿方法是将符号与其对应的增益放大倍数的倒数相乘得到补偿后的符号S，用快浮点数表示补偿后的数据为S＝sa×2^sb，其中，Sa是底数，sb是指数。

在相应实例中，接收链路给出的符号是10bit底数、6bit指数表示的浮点数，总共用16bit表示(其中底数要求为补码满精度表示，最高位是符号位，次高位与符号位必须相反；指数也是补码表示)，则底数的范围是[-512，-257]和[256，511]；指数的范围是[-32，31]。接收到的用于前向纠错解码的数据块是60个符号，如表1所示。

这里确定范围是为了使计数表示的精度最高，而且后面累加求和的时候，计算比较简单。

表1

 组号S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 1底数-302 267 506 450 332 453 -288 -302 269 367指数8 8 7 8 6 8 9 7 8 7 2底数274 451 502 -269 -299 334 -478 289 -307 477指数9 8 7 8 8 7 7 9 7 7 3底数344 266 302 -511 309 260 -355 510 -332 441指数8 8 7 7 8 9 7 6 7 7 4底数-266 -278 -510 -357 499 355 -456 324 257 321指数6 6 5 6 6 6 5 6 7 6 5底数-372 -455 489 357 264 -503 -268 328 256 312

指数7 7 6 7 8 6 8 8 8 7 6底数278 -458 -389 267 -489 -498 -275 264 487 510指数9 8 8 9 8 7 9 8 7 7

由于增益值(AGC)的变化一般比较缓慢，则每个AGC与一组符号对应。AGC补偿值的倒数也是浮点数，底数为正数，指数为补码表示的符号数，假设为8bit底数，5bit指数，则底数的范围是[128，255]和[-256，-129]，指数表示范围是[-16，15]。我们接收的符号每10个取一个AGC值，与6组接收符号对应的6组AGC值的倒数分别为(前面为底数，后面为指数)：

AGC1＝[165，-5]，AGC2＝[205，-5]，AGC3＝[135，-4]，AGC4＝[169，-3]，AGC5＝[175，-4]，AGC6＝[209，-6]。

如第一组第一个符号补偿后为：-302×2⁸×(165×2^-5)＝-389×2¹⁰，其余依次类推。

步骤120，对补偿后的符号取绝对值，并进行累加求和，得到全部补偿符号的累加和S_total＝m×2ⁿ，以及符号的总个数num；

相应实例中，得到所有符号绝对值的累加和为435×2¹⁶，符号总数为60。

步骤130，求解符号平均值S_average＝S_total/num＝m×2ⁿ/num，即总累加和/符号总数；

相应实例中，435×2¹⁶/60＝464×2¹⁰。

步骤140，根据输入到前向纠错解码器的数据位宽，确定归一化均值；

如果数据位宽为w，则归一化均值取为2^w-2，所述w为整数。

数据位宽由整个系统决定，在本系统中，w可以认为是一个参数，不同的系统可能选择不同的位宽w。这里归一化均值只能选择2W-2，因为该值刚好处于中位线上，目的就是为了使归一化后的值能够有最大的表示精度。

步骤150，用归一化均值除以符号平均值，得到归一化系数C，即C＝2^W-2/S_average＝num×2^w-2-n/m；

相应实例中，当W＝8(我们输入给解码器的位宽为8位定点数)，则归一化系数为：C＝2^8-2/(464×2¹⁰)＝2^-4/464。

步骤160，计算归一化值S_normalized，即用归一化系数与前面存储的补偿符号相乘，S_normalized＝C×S＝num×sa×2^w-2-n+sb/m，并将S_normalized的整数部分饱和截位到W位宽。

相应实例中，第一个原始符号为-302×2⁸，则其归一化值为：

-302×2⁸×AGC0×C＝-302×2⁸×(165×2^-5)×(2^-4/464)＝-54。

需要注意，归一化后的值如果大于127，则直接取127；如果小于-128，则取为-128。上面的全部数据经过归一化后的值如表2所示。

表2

  组号  S0  S1  S2  S3  S4  S5  S6  S7  S8  S9  1  -54  47  45  80  15  81  -102  -27  48  33  2  121  100  55  -59  -66  37  -53  127  -34  -53  3  100  77  44  -74  90  127  -52  37  -48  64  4  -48  -51  -46  -65  91  65  -42  59  94  58  5  -70  -86  46  67  100  -47  101  124  97  59  6  63  -52  -44  60  -55  -28  -62  30  27  29

相应地，本实施例提供的用于无线接收机接收符号的归一化装置包括增益控制补偿和存储模块、符号平均值计算模块、归一化系数计算模块和归一化模块，如图3所示，其中：

增益控制补偿和存储模块，用于对接收链路输出的快浮点数据形式的接收符号与其对应的增益放大倍数的倒数相乘，得到增益控制补偿后的符号S并保存。具体地，是将所述数据块中的所有符号分为多组，每组符号读取一个快浮点数据形式的增益放大AGC值进行上述增益控制补偿的运算。接收的符号是外部模块发过来的，AGC也是前端模块送过来的。

符号平均值计算模块，用于对同一批的补偿后的符号绝对值进行累加，得到全部补偿符号的累加和S_total，以及符号的总个数num，求解符号平均值S_average＝S_total/num。本实施例中，是将接收到的用于前向纠错解码的数据块中所有的num个符号作为同一批符号。

归一化系数计算模块，用于根据输入到前向纠错解码器的数据位宽，确定归一化均值P，P＝2^w-2，所述w为数据位宽。进而求解归一化系数C＝P/S_average。

归一化模块，用于将归一化系数C与该批中补偿后的符号S分别相乘，并取整的定点位宽W，将C与符号S相乘后的值的整数部分饱和截位到W位宽，即得到归一化后的符号，W由系统配置的数据位宽决定。

本发明提出了一种易于实现的归一化方法，使数据位宽的精度能够达到最优；而且能够同时完成对射频前端的增益控制(AGC)进行补偿，从而使归一化后的数据与天线接收点的信号强度保持一致；从而使得接收链路的性能得到明显提高。