專(zhuān)利名稱：一種mimo系統(tǒng)碼本生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二進(jìn)制的MIMO系統(tǒng)碼本生成方法。
背景技術(shù)：
預(yù)編碼技術(shù)作為一種增強(qiáng)技術(shù)廣泛應(yīng)用，用來(lái)增強(qiáng)MIMO (Multiple-1nputMultiple-Output)系統(tǒng)在容量和頻譜效率方面的優(yōu)勢(shì)。而在MMO系統(tǒng)中，基于碼本的預(yù)編碼技術(shù)有諸多好處，如它能幫助解決反饋時(shí)延和信道估計(jì)誤差的問(wèn)題。碼本的設(shè)計(jì)是在線下完成并儲(chǔ)存在發(fā)送端和接收端。當(dāng)前，人們提出了多種碼本設(shè)計(jì)算法，但是無(wú)論何種方法，都沒(méi)有考慮到節(jié)省硬件資源的問(wèn)題。在實(shí)際的MMO系統(tǒng)中，比如調(diào)制信號(hào)和預(yù)編碼的數(shù)據(jù)是數(shù)字化的，以方便操作。信號(hào)數(shù)據(jù)流和碼本的復(fù)數(shù)乘法在硬件實(shí)現(xiàn)中總是需要大量計(jì)算單元和硬件資源，而每個(gè)芯片中的資源并不充足，特別是考慮到未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)高吞吐量和精確控制的特點(diǎn)，資源效率和節(jié)約能源變得越來(lái)越重要。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在MIMO系統(tǒng)中，如何使基于碼本的預(yù)編碼技術(shù)在硬件實(shí)現(xiàn)中減少硬件資源占用率，提高資源效率，達(dá)到未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)約能源的要求。

(二)技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種MIMO系統(tǒng)碼本生成方法，包括以下步驟S101、中央控制站通過(guò)信道信息分解計(jì)算獲得預(yù)編碼矩陣P，且求跡運(yùn)算trace (PPh) =Pci，其中Ptl是MMO系統(tǒng)總的發(fā)送功率，Ph是P的共軛矩陣；S102、對(duì)所述預(yù)編碼矩陣P進(jìn)行轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作，得到元素均為2的冪值的矩陣 ，其中l(wèi)·」代表轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作；S103、設(shè)MMO系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)為S，則接收信號(hào)為y = Hj P |s + n，其中H是信道矩陣，η表示均值為零的加性高斯白噪聲，矩陣LPj與發(fā)送信號(hào)s之間的乘法通過(guò)二進(jìn)制移位實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作具體為將相鄰兩個(gè)2的冪值的中間值設(shè)為閾值，將所述預(yù)編碼矩陣P中的元素與距離該元素最近的閾值進(jìn)行比較，找出距離該元素最近的2的冪值，并將該元素的值轉(zhuǎn)換為所述距離該元素最近的2的冪值。優(yōu)選的，使用以下方法來(lái)修正所述轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作對(duì)功率歸一性的限制St印1、計(jì)算irace(LPlP」H)，將其值與I作比較，其中[P」為對(duì)所述預(yù)編碼矩陣P進(jìn)行轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作后得到的矩陣，LPf為[P」的共軛矩陣；St印2、令A(yù) = _ce(LPlP」H)-,其中 ai u 分別是矩陣P」和中的元素，如果Δ>0，在與au相應(yīng)的正的Aij中找到最大值；如果厶〈0，在與au相應(yīng)的負(fù)的Au中找到最小值；并記此時(shí)的元素為；St印3、在」到aΔηι之間取值對(duì)此元素進(jìn)行調(diào)整，使MIMO系統(tǒng)的功率歸一化為I，其中UaJ為對(duì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作得到的值，如果調(diào)整一個(gè)元素不能達(dá)到功率的歸一化，就繼續(xù)找符合step2條件的元素進(jìn)行調(diào)整，直到滿足功率的歸一化條件為止。優(yōu)選的，所述2的冪值都不大于1，且表示為2Λ其中P是二進(jìn)制移位中右移的位數(shù)，移位過(guò)程中最左位為符號(hào)位不變，O代表正，I代表負(fù)，其余位進(jìn)行右移補(bǔ)零操作后，溢出位被丟棄。(三)有益效果本發(fā)明方法可以移植到許多碼本設(shè)計(jì)算法中，在接收端應(yīng)用垂直層的QR-SIC方法的單用戶場(chǎng)景下，本發(fā)明不僅達(dá)到了節(jié)約資源的目的，還避免了過(guò)多的性能損失。本發(fā)明的性能甚至優(yōu)于3GPP LTE-AR10DFT碼本。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是利用DSP48Es 和Slice Logic時(shí)普通碼本生成方法和本發(fā)明基于二進(jìn)制碼本生成方法的資源占用率比較圖；圖3是在8X8MM0系統(tǒng)中的LTE RlO碼本、理想GMD碼本和本發(fā)明基于二進(jìn)制碼本生成方法的BER性能比較曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)基于碼本的預(yù)編碼的單用戶MIMO系統(tǒng)中，有M根發(fā)送天線和N根接收天線。發(fā)送端將發(fā)送K條數(shù)據(jù)流，且K Smin (M，N)。s為有K條數(shù)據(jù)流的發(fā)送信號(hào)，且有E(SSh) = I。接收端應(yīng)用垂直層的QR-SIC(基于QR分解的串行干擾抵消)方法。工程實(shí)現(xiàn)采用Xilinx Virtex5系列中的XC5VSX95T，合成工具選擇Xilinx ISE設(shè)計(jì)套件12. 2。結(jié)合圖1，本發(fā)明方法的步驟如下SlOl :中央控制站通過(guò)信道信息等分解計(jì)算獲得預(yù)編碼矩陣P，且trace (PPh)=P。，Ptl是總的發(fā)送功率；S102 :對(duì)預(yù)編碼矩陣P進(jìn)行轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作，得到元素均為2次冪的預(yù)編碼矩陣LpI其中卜」代表轉(zhuǎn)換二進(jìn)制的操作；S103:系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)為S，則接收信號(hào)為y = Hl_P_js + n其中He Cnxm是信道矩
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陣，η表示均值為零，方差為Ntl的加性高斯白噪聲，預(yù)編碼矩陣與發(fā)送信號(hào)s之間的乘法通過(guò)二進(jìn)制移位實(shí)現(xiàn)。其中，步驟SlOl中接收節(jié)點(diǎn)的加權(quán)矩陣為QH，其中Q是有效信道HP進(jìn)行QR分解后的酉矩陣。接收信號(hào)表示為
y=HPs+nQR=HP其中，P是預(yù)編碼矩陣，且trace (PPh) = P。，P。是總的發(fā)送功率。R是上三角矩陣，He Cnxm是信道矩陣。η表示均值為零，方差為Ntl的加性高斯白噪聲。在接收機(jī)為QR-SIC接收機(jī)時(shí)，令P=Pm，其中Pm是從基于信道H的訓(xùn)練序列的GMD分解后得到的右酉矩陣中選出的碼本矩陣，有GMD[H] =UR' Pm，其中H是信號(hào)訓(xùn)練序列，R'是對(duì)角線元素相等的上三角矩陣，U和Pm是酉矩陣。步驟S102將精確的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基于二進(jìn)制但不夠精確的數(shù)據(jù)的操作如下將閾值設(shè)為兩相鄰2次冪數(shù)據(jù)的中間值，矩陣中的每個(gè)元素與此閾值相比較，找2次冪中離自己“最近的數(shù)值”。例如，O. 125與O. 25的閾值是O. 1875，O. 25與O. 5的閾值是O. 375，故在集合(O. 1875,0. 375)內(nèi)的矩陣元素均轉(zhuǎn)換為O. 25，集合(O. 375，I)內(nèi)的矩陣元素均轉(zhuǎn)換為O. 5。由于步驟S102轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作肯定會(huì)改變P的功率歸一性，即Ptl歸一化為I。矩陣和其共軛矩陣的求跡運(yùn)算實(shí)際上是矩陣中各元素與其對(duì)應(yīng)的共軛元素乘積的求和，即
權(quán)利要求
1.一種MIMO系統(tǒng)碼本生成方法，其特征在于，包括以下步驟 5101、中央控制站通過(guò)信道信息分解計(jì)算獲得預(yù)編碼矩陣P，且求跡運(yùn)算trace (PPh) =Pci，其中Ptl是MMO系統(tǒng)總的發(fā)送功率，Ph是P的共軛矩陣； 5102、對(duì)所述預(yù)編碼矩陣P進(jìn)行轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作，得到元素均為2的冪值的矩陣，其中l(wèi)·」代表轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作； 5103、設(shè)MMO系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)為S，則接收信號(hào)為y= H[Pjs + n ,其中H是信道矩陣，η表示均值為零的加性高斯白噪聲，矩陣U**」與發(fā)送信號(hào)s之間的乘法通過(guò)二進(jìn)制移位實(shí)現(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作具體為 將相鄰兩個(gè)2的冪值的中間值設(shè)為閾值，將所述預(yù)編碼矩陣P中的元素與距離該元素最近的閾值進(jìn)行比較，找出距離該元素最近的2的冪值，并將該元素的值轉(zhuǎn)換為所述距離該元素最近的2的冪值。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，使用以下方法來(lái)修正所述轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作對(duì)功率歸一性的限制 St印1、計(jì)算imce(tPlP」H),將其值與I作比較，其中[P」為對(duì)所述預(yù)編碼矩陣P進(jìn)行轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作后得到的矩陣，Lp」h為UP」的共軛矩陣； St印2、令A(yù) = rmce(LPjLP」H)-1 Atl =KJK/ ，其中 &。.、<分別是矩陣匕1 」和」H中的元素，如果Λ>0，在與au相應(yīng)的正的Aij中找到最大值；如果八〈0，在與&1」相應(yīng)的負(fù)的Λ ij中找到最小值；并記此時(shí)的元素為； St印3、在」到3“之間取值對(duì)此元素進(jìn)行調(diào)整，使MMO系統(tǒng)的功率歸一化為1，其中匕七《」為對(duì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作得到的值，如果調(diào)整一個(gè)元素不能達(dá)到功率的歸一化，就繼續(xù)找符合step2條件的元素進(jìn)行調(diào)整，直到滿足功率的歸一化條件為止。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述2的冪值都不大于I，且表示為2Λ其中P是二進(jìn)制移位中右移的位數(shù)，移位過(guò)程中最左位為符號(hào)位不變，O代表正，I代表負(fù)，其余位進(jìn)行右移補(bǔ)零操作后，溢出位被丟棄。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種MIMO系統(tǒng)碼本生成方法，具體為中央控制站通過(guò)信道信息分解計(jì)算獲得預(yù)編碼矩陣P，且求跡運(yùn)算trace(PPH)=P0，其中P0是MIMO系統(tǒng)總的發(fā)送功率，PH是P的共軛矩陣；對(duì)所述預(yù)編碼矩陣P進(jìn)行轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作，得到元素均為2的冪值的矩陣其中代表轉(zhuǎn)換二進(jìn)制操作；設(shè)MIMO系統(tǒng)的發(fā)送信號(hào)為s，則接收信號(hào)為其中H是信道矩陣，n表示均值為零的加性高斯白噪聲，矩陣與發(fā)送信號(hào)s之間的乘法通過(guò)二進(jìn)制移位實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明在沒(méi)有顯著性能損失的情況下大幅降低了計(jì)算復(fù)雜度，減少了硬件資源占用率，能夠達(dá)到未來(lái)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)約能源的要求。
文檔編號(hào)H04L1/06GK103051420SQ20121054608
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者李立華, 張平, 馬玥, 王欣 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)