本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種預(yù)編碼矩陣獲取方法及裝置。
背景技術(shù):
在分布式大規(guī)模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多輸入多輸出)系統(tǒng)中,一個(gè)基站上通常設(shè)置有超過(guò)128根的基站天線。同時(shí)基站通過(guò)有線線纜分別與多個(gè)無(wú)線接入端口(Radio Access Port,RAP)連接,這些無(wú)線接入端口分布在該基站覆蓋范圍下的蜂窩小區(qū)的不同位置處,每個(gè)無(wú)線接入端口上都部署有多個(gè)射頻天線。
在分布式大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中,基站發(fā)射端在利用基站天線發(fā)射信號(hào)之前,需要對(duì)待發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行預(yù)編碼。預(yù)編碼技術(shù)是一種基站發(fā)射端利用信道狀態(tài)信息對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,以提高系統(tǒng)容量或降低系統(tǒng)的誤碼率為目的的信號(hào)處理技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)了一種正交塊對(duì)角化(Regularized block diagonalization,RBD)的預(yù)編碼方法,該方法的過(guò)程為:
獲取基站天線與多個(gè)無(wú)線接入端口之間的信道的信道信息矩陣;根據(jù)信道信息矩陣得到干擾信道矩陣;對(duì)干擾信道矩陣進(jìn)行拓展,得到拓展干擾信道矩陣;對(duì)拓展干擾信道矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行奇異值分解(Singular Value Decomposition,SVD),得到第一層預(yù)編碼矩陣;對(duì)第一層預(yù)編碼矩陣左乘信道信息矩陣后得到的矩陣進(jìn)行SVD分解,得到第二層預(yù)編碼矩陣;根據(jù)第一層預(yù)編碼矩陣和第二層預(yù)編碼矩陣計(jì)算得到預(yù)編碼矩陣。
但是,上述方法中,SVD分解過(guò)程的復(fù)雜度較高,計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣時(shí)的運(yùn)算量較大,從而導(dǎo)致預(yù)編碼方法的運(yùn)算量較大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種預(yù)編碼矩陣獲取方法及裝置,以減小計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣時(shí)的運(yùn)算量,從而減小預(yù)編碼方法的運(yùn)算量。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種預(yù)編碼矩陣獲取方法,應(yīng)用于任一基站,所述方法包括:
通過(guò)各基站天線向各無(wú)線接入端口發(fā)射輸入信號(hào),并獲取各無(wú)線接入端口接收到的輸出信號(hào);
根據(jù)所述輸入信號(hào)和所述輸出信號(hào),確定各基站天線與目標(biāo)無(wú)線接入端口間的目標(biāo)信道的目標(biāo)信道信息矩陣,以及各基站天線與其他無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣;其中,所述目標(biāo)無(wú)線接入端口為所述基站連接的所有無(wú)線接入端口中任一個(gè);
根據(jù)所述各基站天線與其他無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣,確定所述目標(biāo)信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的干擾信道矩陣;
對(duì)所述干擾信道矩陣進(jìn)行單位矩陣拓展,得到拓展干擾信道矩陣;
對(duì)所述拓展干擾信道矩陣進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置處理,得到目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;
對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到第一層預(yù)編碼矩陣。
優(yōu)選地,所述對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到第一層預(yù)編碼矩陣的步驟,包括:
對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到目標(biāo)酉矩陣;
根據(jù)除所述目標(biāo)無(wú)線接入端口之外的其他無(wú)線接入端口的射頻天線的數(shù)量和基站天線數(shù)量對(duì)所述目標(biāo)酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到預(yù)設(shè)數(shù)量的塊矩陣;
將各塊矩陣中N×N階的目標(biāo)塊矩陣確定為第一層預(yù)編碼矩陣;其中,所述N為基站天線數(shù)量。
優(yōu)選地,所述方法還包括:
存儲(chǔ)所述目標(biāo)酉矩陣以及對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解得到的目標(biāo)上三角矩陣;
當(dāng)檢測(cè)到各基站天線與第一無(wú)線接入端口間的第一信道發(fā)生變化時(shí),判斷所述第一信道是否為所述目標(biāo)信道;其中,所述第一無(wú)線接入端口為所述基站連接的所有無(wú)線接入端口中任一個(gè);
如果否,確定所述第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;根據(jù)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣以及所述目標(biāo)上三角矩陣,對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣進(jìn)行Givens變換,得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣;將Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣確定為當(dāng)前的目標(biāo)酉矩陣,并返回執(zhí)行所述根據(jù)除所述目標(biāo)無(wú)線接入端口之外的其他無(wú)線接入端口的射頻天線的數(shù)量和基站天線數(shù)量對(duì)所述目標(biāo)酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到預(yù)設(shè)數(shù)量的塊矩陣的步驟。
優(yōu)選地,所述根據(jù)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣以及所述目標(biāo)上三角矩陣,對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣進(jìn)行Givens變換,得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣的步驟,包括:
根據(jù)所述第一信道信息矩陣對(duì)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到與所述第一信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的第一塊矩陣;
根據(jù)所述第一信道信息矩陣對(duì)所述目標(biāo)上三角矩陣進(jìn)行分塊,得到與所述第一信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的第二塊矩陣;
對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣以及所述第二塊矩陣進(jìn)行Givens變換,當(dāng)所述第一塊矩陣、Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣和Givens變換后的第二塊矩陣滿足QR分解條件時(shí),得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣。
優(yōu)選地,所述確定所述第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣的步驟,包括:
判斷是否滿足
如果返回執(zhí)行所述通過(guò)各基站天線向各無(wú)線接入端口發(fā)射輸入信號(hào),并獲取各無(wú)線接入端口接收到的輸出信號(hào)的步驟;
如果則確定所述第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;
其中,所述所述Mk為所述第k個(gè)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量,所述K為無(wú)線接入端口的數(shù)量,所述Mi為所述目標(biāo)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量。
優(yōu)選地,所述拓展干擾信道矩陣的計(jì)算公式為:
其中,
所述Hi為目標(biāo)信道信息矩陣,所述為所述干擾信道矩陣,所述所述I為單位矩陣,所述所述Mk為所述第k個(gè)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量,所述為所述目標(biāo)無(wú)線接入端口的噪聲的方差,所述PT為功率限制,所述K為無(wú)線接入端口的數(shù)量,所述HK為各基站天線與第K個(gè)無(wú)線接入端口間信道的信道信息矩陣,所述為所述HK的轉(zhuǎn)置矩陣,所述為所述拓展干擾信道矩陣。
本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種預(yù)編碼矩陣獲取裝置,應(yīng)用于任一基站,所述裝置包括:
獲取模塊,用于通過(guò)各基站天線向各無(wú)線接入端口發(fā)射輸入信號(hào),并獲取各無(wú)線接入端口接收到的輸出信號(hào);
第一確定模塊,用于根據(jù)所述輸入信號(hào)和所述輸出信號(hào),確定各基站天線與目標(biāo)無(wú)線接入端口間的目標(biāo)信道的目標(biāo)信道信息矩陣,以及各基站天線與其他無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣;其中,所述目標(biāo)無(wú)線接入端口為所述基站連接的所有無(wú)線接入端口中任一個(gè);
第二確定模塊,用于根據(jù)所述各基站天線與其他無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣,確定所述目標(biāo)信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的干擾信道矩陣;
拓展模塊,用于對(duì)所述干擾信道矩陣進(jìn)行單位矩陣拓展,得到拓展干擾信道矩陣;
共軛轉(zhuǎn)置模塊,用于對(duì)所述拓展干擾信道矩陣進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置處理,得到目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;
QR分解模塊,用于對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到第一層預(yù)編碼矩陣。
優(yōu)選地,所述QR分解模塊,包括:
QR分解單元,用于第一對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到目標(biāo)酉矩陣;
第一分塊單元,用于根據(jù)除所述目標(biāo)無(wú)線接入端口之外的其他無(wú)線接入端口的射頻天線的數(shù)量和基站天線數(shù)量對(duì)所述目標(biāo)酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到預(yù)設(shè)數(shù)量的塊矩陣;
確定單元,用于將各塊矩陣中N×N階的目標(biāo)塊矩陣確定為第一層預(yù)編碼矩陣;其中,所述N為基站天線數(shù)量。
優(yōu)選地,所述裝置還包括:
存儲(chǔ)模塊,用于存儲(chǔ)所述目標(biāo)酉矩陣以及對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解得到的目標(biāo)上三角矩陣;
判斷模塊,用于當(dāng)檢測(cè)到各基站天線與第一無(wú)線接入端口間的第一信道發(fā)生變化時(shí),判斷所述第一信道是否為所述目標(biāo)信道;其中,所述第一無(wú)線接入端口為所述基站連接的所有無(wú)線接入端口中任一個(gè);
第三確定模塊,用于當(dāng)判斷模塊的判斷結(jié)果為否時(shí),確定所述第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;根據(jù)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣以及所述目標(biāo)上三角矩陣,對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣進(jìn)行Givens變換,得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣;將Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣確定為當(dāng)前的目標(biāo)酉矩陣,并觸發(fā)所述第一分塊單元。
優(yōu)選地,所述第三確定模塊包括:
第二分塊單元,用于根據(jù)所述第一信道信息矩陣對(duì)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到與所述第一信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的第一塊矩陣;
第三分塊單元,用于根據(jù)所述第一信道信息矩陣對(duì)所述目標(biāo)上三角矩陣進(jìn)行分塊,得到與所述第一信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的第二塊矩陣;
Givens變換單元,用于對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣以及所述第二塊矩陣進(jìn)行Givens變換,當(dāng)所述第一塊矩陣、Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣和Givens變換后的第二塊矩陣滿足QR分解條件時(shí),得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣。
本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取方法及裝置,采用對(duì)目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解的方式計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣,可減小計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣時(shí)的運(yùn)算量,從而減小預(yù)編碼方法的運(yùn)算量。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取方法的第一種流程圖;
圖2為對(duì)目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解得到第一層預(yù)編碼矩陣的流程圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取方法的第二種流程圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的系統(tǒng)容量和信噪比的關(guān)系圖;
圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的誤碼率和信噪比的關(guān)系圖;
圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取裝置的第一種結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的QR分解模塊的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取裝置的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
為解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種預(yù)編碼矩陣獲取方法,該方法應(yīng)用于分布式大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的任意一個(gè)基站,具體可應(yīng)用于該基站的控制器。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取方法的第一種流程圖,該方法包括:
S110,通過(guò)各基站天線向各無(wú)線接入端口發(fā)射輸入信號(hào),并獲取各無(wú)線接入端口接收到的輸出信號(hào)。
S120,根據(jù)所述輸入信號(hào)和所述輸出信號(hào),確定各基站天線與目標(biāo)無(wú)線接入端口間的目標(biāo)信道的目標(biāo)信道信息矩陣,以及各基站天線與其他無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣;其中,所述目標(biāo)無(wú)線接入端口為所述基站連接的所有無(wú)線接入端口中任一個(gè)。
需要說(shuō)明的是,基站發(fā)射端包含有多個(gè)基站天線,為了計(jì)算第一層預(yù)編碼,需要獲取各基站天線與各無(wú)線接入端口之間的信道信息矩陣,本實(shí)施例中,可采用信道檢測(cè)的方式獲取各基站天線與各無(wú)線接入端口之間的信道信息矩陣。
具體地,信道檢測(cè)的方式為:基站控制器通過(guò)各基站天線向各無(wú)線接入端口發(fā)射輸入信號(hào),各輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后會(huì)發(fā)生變化,各無(wú)線接入端口接收到輸出信號(hào)后,將輸出信號(hào)上傳給基站控制器,然后基站控制器根據(jù)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)計(jì)算各基站天線與各無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣。信道信息矩陣具體的計(jì)算方法為現(xiàn)有技術(shù),此處不再贅述。
舉例而言,預(yù)設(shè)基站天線數(shù)量為N,均勻分布在蜂窩小區(qū)內(nèi)的無(wú)線接入端口的數(shù)量為K,第k個(gè)無(wú)線接入端口上設(shè)置有Mk個(gè)射頻天線,則有如下計(jì)算公式:
其中,xk為各基站天線向第k個(gè)無(wú)線接入端口發(fā)射的輸入信號(hào),Wk為基站與第k個(gè)無(wú)線接入端口間的預(yù)編碼矩陣,Wk滿足PT為功率限制。
預(yù)設(shè)第i個(gè)無(wú)線接入端口為目標(biāo)無(wú)線接入端口,vi表示目標(biāo)無(wú)線接入端口的噪聲,其方差為為各基站天線與目標(biāo)無(wú)線接入端口間的目標(biāo)信道的目標(biāo)信道信息矩陣,Hi為Mi×N階的矩陣,Mi為目標(biāo)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量,各基站天線與第k個(gè)無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣為Hk,yi為目標(biāo)無(wú)線接入端口接收到的輸出信號(hào)。
S130,根據(jù)所述各基站天線與其他無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣,確定所述目標(biāo)信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的干擾信道矩陣。
具體地,目標(biāo)信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的干擾信道矩陣可以為:
其中,為階矩陣,為信道信息矩陣Hk的轉(zhuǎn)置矩陣,為除了目標(biāo)無(wú)線接入端口外其他所有無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量,MR為所有無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量,Mk為第k個(gè)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量。
S140,對(duì)所述干擾信道矩陣進(jìn)行單位矩陣拓展,得到拓展干擾信道矩陣。
具體地,對(duì)干擾信道矩陣進(jìn)行單位矩陣拓展,得到的拓展干擾信道矩陣可以為:
其中,I為階的單位矩陣,為階的矩陣,(此為現(xiàn)有技術(shù))。
S150,對(duì)所述拓展干擾信道矩陣進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置處理,得到目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
具體地,對(duì)拓展干擾信道矩陣進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置處理,得到目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣具體的處理過(guò)程為現(xiàn)有技術(shù),此處不再贅述。
S160,對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到第一層預(yù)編碼矩陣。
本實(shí)施例中,QR分解方法是將矩陣分解成一個(gè)酉矩陣Q與上三角形矩陣R,所以稱為QR分解法。在實(shí)際計(jì)算時(shí),QR分解較SVD分解的復(fù)雜度小(此為現(xiàn)有技術(shù)),從而能夠減小計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣時(shí)的運(yùn)算量,進(jìn)而減小預(yù)編碼方法的運(yùn)算量。
具體地,為了便于理解步驟S160的具體實(shí)現(xiàn)方式,S160可包括圖2所示的過(guò)程。圖2為對(duì)目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解得到第一層預(yù)編碼矩陣的流程圖,該過(guò)程包括:
S161,對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到目標(biāo)酉矩陣。
具體地,根據(jù)以下公式對(duì)目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解
得到目標(biāo)酉矩陣Qi和上三角矩陣Ri。其中,Qi為階矩陣,且Ri為階矩陣。
可以得到
其中,為矩陣Ri的前行矩陣,為矩陣Ri的后N行矩陣。因此,為階的上三角方陣,為階的全零矩陣。
S162,根據(jù)除所述目標(biāo)無(wú)線接入端口之外的其他無(wú)線接入端口的射頻天線的數(shù)量和基站天線數(shù)量對(duì)所述目標(biāo)酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到預(yù)設(shè)數(shù)量的塊矩陣。
具體地,預(yù)設(shè)數(shù)量可根據(jù)具體分塊的方式自由設(shè)定,本實(shí)施例中,預(yù)設(shè)數(shù)量?jī)?yōu)選為4。
根據(jù)除目標(biāo)無(wú)線接入端口之外的其他無(wú)線接入端口的射頻天線的數(shù)量和基站天線數(shù)量N對(duì)目標(biāo)酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到
其中,Qi,1,Qi,2,Qi,3,Qi,4分別是N×N階的矩陣。
S163,將各塊矩陣中N×N階的目標(biāo)塊矩陣確定為第一層預(yù)編碼矩陣;其中,所述N為基站天線數(shù)量。
具體地,由于[Qi,3 Qi,4]的列是標(biāo)準(zhǔn)正交單位向量,我們可以獲得:
根據(jù)公式(5),有
有公式(7)可知,Qi,4可以很好的平衡噪聲和各無(wú)線端口之間的干擾,因此可以將Qi,4作為第一層預(yù)編碼矩陣。
設(shè)第一層預(yù)編碼矩陣為Fia,則有
其中,代表了目標(biāo)酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣的倒數(shù)N行和倒數(shù)N列所組成的方陣,即Qi,4。
本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取方法,采用對(duì)目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解的方式計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣,可減小計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣時(shí)的運(yùn)算量,從而減小預(yù)編碼方法的運(yùn)算量。
當(dāng)各基站天線與某一個(gè)無(wú)線接入端口間的信道發(fā)生變化時(shí),現(xiàn)有技術(shù)的方法通常采用重新計(jì)算的方式計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣,這樣將導(dǎo)致計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣時(shí)的計(jì)算量增加,為了解決該問(wèn)題,本實(shí)施例還提供了另外一種預(yù)編碼矩陣獲取方法的實(shí)現(xiàn)方式。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取方法的第二種流程圖,與圖1和圖2所示的方法不同之處在于,所述方法還包括:
S170,存儲(chǔ)所述目標(biāo)酉矩陣以及對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解得到的目標(biāo)上三角矩陣。
具體的,將根據(jù)公式(3)得到目標(biāo)酉矩陣Qi和上三角矩陣Ri進(jìn)行存儲(chǔ),以待后續(xù)使用。
S180,當(dāng)檢測(cè)到各基站天線與第一無(wú)線接入端口間的第一信道發(fā)生變化時(shí),判斷所述第一信道是否為所述目標(biāo)信道;其中,所述第一無(wú)線接入端口為所述基站連接的所有無(wú)線接入端口中任一個(gè)。如果否,執(zhí)行步驟S190;如果是,執(zhí)行步驟S1100,獲取第一層預(yù)編碼矩陣。
具體地,當(dāng)基站控制器檢測(cè)到各基站天線與某一個(gè)無(wú)線接入端口(命名為第一無(wú)線接入端口)間的第一信道發(fā)生變化時(shí),會(huì)判斷該第一信道是否為目標(biāo)信道。
需要說(shuō)明的是,根據(jù)公式(2)可知,目標(biāo)無(wú)線接入端口對(duì)應(yīng)的干擾信道矩陣與目標(biāo)信道信息矩陣無(wú)關(guān),如果是目標(biāo)信道發(fā)生變化,則干擾信道矩陣不變,此時(shí),根據(jù)步驟S110-S170計(jì)算得到的第一層預(yù)編碼矩陣沒(méi)有改變,因此,可直接獲取第一層預(yù)編碼矩陣。
S190,確定所述第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;根據(jù)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣以及所述目標(biāo)上三角矩陣,對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣進(jìn)行Givens變換,得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣;將Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣確定為當(dāng)前的目標(biāo)酉矩陣,并返回執(zhí)行所述根據(jù)除所述目標(biāo)無(wú)線接入端口之外的其他無(wú)線接入端口的射頻天線的數(shù)量和基站天線數(shù)量對(duì)所述目標(biāo)酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到預(yù)設(shè)數(shù)量的塊矩陣的步驟。
具體地,如果判斷第一信道不為目標(biāo)信道,則確定第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用第一信道信息矩陣更新目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
舉例而言,設(shè)各基站天線與第p個(gè)無(wú)線接入端口間的信道發(fā)生變化,且p>i,根據(jù)公式(3)可知,原始的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣可表示為
其中,為階矩陣;Hp為原始第一信道信息矩陣,Hi_p為階矩陣;為階矩陣,Mp為第p個(gè)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量;
更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣為
其中,為更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣,H'p為第一信道變化后的第一信道信息矩陣。
在獲取更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣后,根據(jù)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣以及所述目標(biāo)上三角矩陣,對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣進(jìn)行Givens變換,得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣。具體地,Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣獲取方法包括如下步驟:
A1、根據(jù)所述第一信道信息矩陣對(duì)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到與所述第一信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的第一塊矩陣。
具體地,根據(jù)第一信道變化后的第一信道信息矩陣H'p對(duì)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,則公式(10)還可以表示為
其中,H'i_p為第一塊矩陣,其為階矩陣。
A2、根據(jù)所述第一信道信息矩陣對(duì)所述目標(biāo)上三角矩陣進(jìn)行分塊,得到與所述第一信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的第二塊矩陣。
具體地,根據(jù)第一信道變化后的第一信道信息矩陣H'p對(duì)目標(biāo)上三角矩陣Ri進(jìn)行分塊,則有
Ri={R1,Rp,R2} (12)
其中,Ri為階矩陣,R1為階矩陣;Rp為第二塊矩陣,其為階矩陣,R2為階矩陣。
A3、對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣以及所述第二塊矩陣進(jìn)行Givens變換,當(dāng)所述第一塊矩陣、Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣和Givens變換后的第二塊矩陣滿足QR分解條件時(shí),得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣。
具體地,根據(jù)公式有
但由于第一信道發(fā)生了變化,矩陣Hi_p變?yōu)榱薍i'_p,因此,Hi'_p、Qi和Rp已經(jīng)不滿足QR分解條件了,為了滿足QR分解條件,則需要對(duì)Qi和Rp進(jìn)行Givens變換。
具體地,將{Rp,R2}(從矩陣的第列開(kāi)始到最后一列)化解:對(duì)于Rp第一列(矩陣的第列),構(gòu)造一系列Givens變換矩陣使其后項(xiàng)為零;對(duì)于Rp的第2列(矩陣的第列),構(gòu)造一系列Givens變換矩陣使其后項(xiàng)為零;以此類推,對(duì)于Rp的第Mp列(矩陣的第列),構(gòu)造一系列Givens變換矩陣使得其后項(xiàng)為零。對(duì)于Rp的第一列(矩陣的第列)構(gòu)造一系列Givens變換矩陣以此類推。
最終得到Givens變換后的第二塊矩陣為
Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣為
具體地,當(dāng)Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣計(jì)算完成后,將其確定為當(dāng)前的目標(biāo)酉矩陣,并返回步驟S162。
在另一個(gè)實(shí)施例中,當(dāng)p<i時(shí),根據(jù)公式(3)可知,原始的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣可表示為
其中,為階矩陣;Hp為原始第一信道信息矩陣,Hi_p為階矩陣;為階矩陣,Mp為第p個(gè)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量;
更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣為
其中,為更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣,H'p為第一信道變化后的第一信道信息矩陣。
根據(jù)第一信道變化后的第一信道信息矩陣H'p對(duì)目標(biāo)上三角矩陣Ri進(jìn)行分塊,則有
Ri={R1,Rp,R2} (12)
其中,Ri為階矩陣,R1為階矩陣;Rp為第二塊矩陣,其為階矩陣,R2為階矩陣。
將{Rp,R2}(從矩陣的第項(xiàng)開(kāi)始到最后一列)化解:對(duì)于Rp第一列(矩陣的第列),構(gòu)造一系列Givens變換矩陣使其后項(xiàng)為零;對(duì)于Rp的第2列(矩陣的第列),構(gòu)造一系列Givens變換矩陣使其后項(xiàng)為零;以此類推,對(duì)于Rp的第Mp列(矩陣的第列),構(gòu)造一系列Givens變換矩陣使得其后項(xiàng)為零。對(duì)于Rp的第一列(矩陣的第列)構(gòu)造一系列Givens變換矩陣以此類推。
最終得到Givens變換后的第二塊矩陣為
Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣為
本實(shí)施例中,通過(guò)對(duì)目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,然后把QR分解的結(jié)果保存起來(lái),當(dāng)用戶更新信道時(shí),可以利用之前存儲(chǔ)的結(jié)果在此基礎(chǔ)上進(jìn)行Givens變換,可得到更新后的目標(biāo)酉矩陣,無(wú)需重新計(jì)算整個(gè)過(guò)程,因此,在計(jì)算目標(biāo)酉矩陣可降低計(jì)算量。
優(yōu)選地,所述確定第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣的步驟,包括:
B1、判斷是否滿足如果是,執(zhí)行步驟B2;如果否,執(zhí)行步驟B3。
B2、返回執(zhí)行所述通過(guò)各基站天線向各無(wú)線接入端口發(fā)射輸入信號(hào),并獲取各無(wú)線接入端口接收到的輸出信號(hào)的步驟。
具體地,為了進(jìn)一步降低計(jì)算量,本實(shí)施例中,基站控制器在更新目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣之前,需要判斷是否滿足如果說(shuō)明基站天線的數(shù)量和射頻天線的數(shù)量較少,目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣的維度較小,此時(shí)無(wú)需采用更新目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣的方式,可重新根據(jù)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)再次計(jì)算第一層預(yù)編碼。
B3、確定所述第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣。
具體地,當(dāng)判斷出說(shuō)明基站天線的數(shù)量和射頻天線的數(shù)量較多,目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣的維度較大,可根據(jù)上述S190所述的利用第一信道信息矩陣更新目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣的方法計(jì)算目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣,從而進(jìn)一步計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣。
S1110,根據(jù)獲得的第一層預(yù)編碼矩陣,計(jì)算第二層預(yù)編碼矩陣;根據(jù)第一層預(yù)編碼矩陣和第二層預(yù)編碼矩陣,計(jì)算預(yù)編碼矩陣。
具體地,在獲得第一層預(yù)編碼矩陣后,可以對(duì)第一層預(yù)編碼矩陣左乘目標(biāo)信道信息矩陣Hi后的矩陣進(jìn)行SVD分解,得到第二層預(yù)編碼矩陣
其中,與Vi∈CN×N均為酉矩陣,為對(duì)角矩陣,有l(wèi)i個(gè)非零元。包含了矩陣Vi的前l(fā)i列,包含了矩陣Vi的最后的N-li列。
第二層預(yù)編碼矩陣Fib為:
然后,根據(jù)和可計(jì)算得到預(yù)編碼矩陣Wp,
其中,Wp為預(yù)編碼矩陣,β為功率比例因子,可以通過(guò)獲得,具體的預(yù)編碼矩陣的計(jì)算過(guò)程為現(xiàn)有技術(shù),此處不再贅述。
值得注意的是,在本實(shí)施例中,根據(jù)步驟S163得到的第一層預(yù)編碼矩陣也可以計(jì)算得到第二層預(yù)編碼矩陣,進(jìn)而得到預(yù)編碼矩陣,因此,本實(shí)施例既適用于信道不變的情況,也適用于信道改變的情況。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的系統(tǒng)容量和信噪比的關(guān)系圖,系統(tǒng)容量和信噪比可通過(guò)現(xiàn)有的計(jì)算公式計(jì)算得到。如圖4所示,橫坐標(biāo)表示信噪比,縱坐標(biāo)表示系統(tǒng)容量。
曲線410為根據(jù)現(xiàn)有的BD(block diagonalization,塊對(duì)角化)算法得到的系統(tǒng)容量和信噪比的關(guān)系圖,曲線420為根據(jù)現(xiàn)有的SLNP(Signal to leakage Plus noise Ratio,信漏噪比)算法得到的系統(tǒng)容量和信噪比的關(guān)系圖,曲線430為根據(jù)現(xiàn)有的RBD算法得到的系統(tǒng)容量和信噪比的關(guān)系圖,曲線440為根據(jù)本實(shí)施例提供的算法得到的系統(tǒng)容量和信噪比的關(guān)系圖,但由于曲線430和曲線440差距很小,因此無(wú)法明顯的區(qū)分二者。
由于在相同信噪比下,系統(tǒng)容量越高算法平衡多個(gè)無(wú)線接入端口間的干擾和噪聲的效果越好,因此,從圖中可以看出,本實(shí)施例提供的算法的效果較BD算法和SLNP算法的效果好,與RBD算法的效果差距很小。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的誤碼率和信噪比的關(guān)系圖,誤碼率和信噪比可通過(guò)現(xiàn)有的計(jì)算公式計(jì)算得到。如圖5所述,橫坐標(biāo)表示信噪比,縱坐標(biāo)表示誤碼率。
曲線510為根據(jù)現(xiàn)有的BD算法得到的誤碼率和信噪比的關(guān)系圖,曲線520為根據(jù)現(xiàn)有的SLNP算法得到的誤碼率和信噪比的關(guān)系圖,曲線530為根據(jù)現(xiàn)有的RBD算法得到的誤碼率和信噪比的關(guān)系圖,曲線540為根據(jù)本實(shí)施例提供的算法得到的誤碼率和信噪比的關(guān)系圖,但由于曲線530和曲線540差距很小,因此無(wú)法明顯的區(qū)分二者。
由于在相同信噪比下,誤碼率越小算法平衡多個(gè)無(wú)線接入端口間的干擾和噪聲的效果越好,因此,從圖中可以看出,本實(shí)施例提供的算法的效果較BD算法和SLNP算法的效果好,與RBD算法的效果差距很小。
本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種預(yù)編碼矩陣獲取裝置,應(yīng)用于任一基站,具體應(yīng)用于該基站的控制器。圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取裝置的第一種結(jié)構(gòu)示意圖,所述裝置包括:
獲取模塊610,用于通過(guò)各基站天線向各無(wú)線接入端口發(fā)射輸入信號(hào),并獲取各無(wú)線接入端口接收到的輸出信號(hào);
第一確定模塊620,用于根據(jù)所述輸入信號(hào)和所述輸出信號(hào),確定各基站天線與目標(biāo)無(wú)線接入端口間的目標(biāo)信道的目標(biāo)信道信息矩陣,以及各基站天線與其他無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣;其中,所述目標(biāo)無(wú)線接入端口為所述基站連接的所有無(wú)線接入端口中任一個(gè);
第二確定模塊630,用于根據(jù)所述各基站天線與其他無(wú)線接入端口間的信道的信道信息矩陣,確定所述目標(biāo)信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的干擾信道矩陣;
拓展模塊640,用于對(duì)所述干擾信道矩陣進(jìn)行單位矩陣拓展,得到拓展干擾信道矩陣;
共軛轉(zhuǎn)置模塊650,用于對(duì)所述拓展干擾信道矩陣進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)置處理,得到目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;
QR分解模塊660,用于對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到第一層預(yù)編碼矩陣。
本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取裝置,采用對(duì)目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解的方式計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣,可減小計(jì)算第一層預(yù)編碼矩陣時(shí)的運(yùn)算量,從而減小預(yù)編碼方法的運(yùn)算量。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的QR分解模塊的結(jié)構(gòu)示意圖,所述QR分解模塊660,包括:
QR分解單元661,用于第一對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,得到目標(biāo)酉矩陣;
第一分塊單元662,用于根據(jù)除所述目標(biāo)無(wú)線接入端口之外的其他無(wú)線接入端口的射頻天線的數(shù)量和基站天線數(shù)量對(duì)所述目標(biāo)酉矩陣的共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到預(yù)設(shè)數(shù)量的塊矩陣;
確定單元663,用于將各塊矩陣中N×N階的目標(biāo)塊矩陣確定為第一層預(yù)編碼矩陣;其中,所述N為基站天線數(shù)量。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的預(yù)編碼矩陣獲取裝置的第二種結(jié)構(gòu)示意圖,與圖6和圖7不同之處在于,所述裝置還包括:
存儲(chǔ)模塊670,用于存儲(chǔ)所述目標(biāo)酉矩陣以及對(duì)所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解得到的目標(biāo)上三角矩陣;
判斷模塊680,用于當(dāng)檢測(cè)到各基站天線與第一無(wú)線接入端口間的第一信道發(fā)生變化時(shí),判斷所述第一信道是否為所述目標(biāo)信道;其中,所述第一無(wú)線接入端口為所述基站連接的所有無(wú)線接入端口中任一個(gè);
第三確定模塊690,用于當(dāng)判斷模塊680的判斷結(jié)果為否時(shí),確定所述第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;根據(jù)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣以及所述目標(biāo)上三角矩陣,對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣進(jìn)行Givens變換,得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣;將Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣確定為當(dāng)前的目標(biāo)酉矩陣,并觸發(fā)所述第一分塊單元662;
第四確定模塊6100,用于當(dāng)判斷模塊680的判斷結(jié)果為是時(shí),獲取第一層預(yù)編碼矩陣;
計(jì)算模塊6110,用于根據(jù)獲得的第一層預(yù)編碼矩陣,計(jì)算第二層預(yù)編碼矩陣;根據(jù)第一層預(yù)編碼矩陣和第二層預(yù)編碼矩陣,計(jì)算預(yù)編碼矩陣。
優(yōu)選地,所述第三確定模塊690包括:
第二分塊單元,用于根據(jù)所述第一信道信息矩陣對(duì)更新后的目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行分塊,得到與所述第一信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的第一塊矩陣;
第三分塊單元,用于根據(jù)所述第一信道信息矩陣對(duì)所述目標(biāo)上三角矩陣進(jìn)行分塊,得到與所述第一信道信息矩陣對(duì)應(yīng)的第二塊矩陣;
Givens變換單元,用于對(duì)存儲(chǔ)的目標(biāo)酉矩陣以及所述第二塊矩陣進(jìn)行Givens變換,當(dāng)所述第一塊矩陣、Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣和Givens變換后的第二塊矩陣滿足QR分解條件時(shí),得到Givens變換后的目標(biāo)酉矩陣。
本實(shí)施例中,通過(guò)對(duì)目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣進(jìn)行QR分解,然后把QR分解的結(jié)果保存起來(lái),當(dāng)用戶更新信道時(shí),可以利用之前存儲(chǔ)的結(jié)果在此基礎(chǔ)上進(jìn)行Givens變換,可得到更新后的目標(biāo)酉矩陣,無(wú)需重新計(jì)算整個(gè)過(guò)程,因此,在計(jì)算目標(biāo)酉矩陣可降低計(jì)算量。
所述第三確定模塊690包括:
判斷單元,用于判斷是否滿足
觸發(fā)單元,用于當(dāng)判斷單元判斷結(jié)果為時(shí),觸發(fā)所述獲取模塊610;
更新單元,用于當(dāng)判斷單元判斷結(jié)果為確定所述第一信道對(duì)應(yīng)的第一信道信息矩陣,并利用所述第一信道信息矩陣更新所述目標(biāo)共軛轉(zhuǎn)置矩陣;
其中,所述所述Mk為所述第k個(gè)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量,所述K為無(wú)線接入端口的數(shù)量,所述Mi為所述目標(biāo)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量。
優(yōu)選地,所述拓展干擾信道矩陣的計(jì)算公式為:
其中,
所述Hi為目標(biāo)信道信息矩陣,所述為所述干擾信道矩陣,所述所述I為單位矩陣,所述所述Mk為所述第k個(gè)無(wú)線接入端口的射頻天線數(shù)量,所述為所述目標(biāo)無(wú)線接入端口的噪聲的方差,所述PT為功率限制,所述K為無(wú)線接入端口的數(shù)量,所述HK為各基站天線與第K個(gè)無(wú)線接入端口間信道的信道信息矩陣,所述為所述HK的轉(zhuǎn)置矩陣,所述為所述拓展干擾信道矩陣。
需要說(shuō)明的是,在本文中,諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái),而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且,術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含,從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素,而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素,或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下,由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用相關(guān)的方式描述,各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可,每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其,對(duì)于系統(tǒng)實(shí)施例而言,由于其基本相似于方法實(shí)施例,所以描述的比較簡(jiǎn)單,相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。